包括Wits大学科学家在内的多国研究人员组成的一个研究小组深入研究了金刚石，以了解其片晶缺陷中的原子是如何排列在人类已知的***坚硬的天然材料中的。通过透射电镜和电子能量损耗谱两个方法，科学家们探索了形成缺陷核心的碳原子和氮原子的空间排列，并且原子键的性质也被确定了。

   和孔洞、夹杂物一样，片晶被称为缺陷或钻石瑕疵。当钻石中的碳原子处于***的周期性排列中时，片晶破坏了碳原子的周期性排列，看起来像一条细小的直线，金刚石与电子显微镜成像时沿特定方向的金刚石晶体。

   关于金刚石缺陷性质的研究已经进行了几十年。当纳尔逊曼德拉大学高分辨率显微镜中心的原子分辨像差校正透射电子显微镜用于成像和分析片晶缺陷，出现了突破性进展。Wits物理学院的Mervin Naidoo教授说，该显微镜在扫描透射电子显微镜（STEM）模式下运行，使用高角度环形暗场探测器和电子能量损失（EEL）光谱成像。

   利用聚焦离子束(FIB)切割厚度约20-50纳米的5x10微米(nm是十亿分之一米)的切片，制备了用于干细胞分析的薄金刚石切片。然后在原子分辨率电子显微镜下通过一束具有明确能量的聚焦电子束通过薄金刚石切片进行研究。电子“波”经过一个薄的金刚石切片后形成的干涉图样，生成了金刚石晶体中碳原子的空间排列的图像，以及片晶缺陷中的碳原子和氮原子。相应的电子能量损失数据提供了有关血小板的化学成分和原子间化学键性质的信息。

    “通过将这些图像彼此并置，我们能够创造一个独特的片晶形象，”Naidoo说。在过去, 许多关于片晶原子排列的理论模型被提出,但目前的研究是***次成功地对片晶中的确切原子位置进行成像，并与之前提出的理论模型之一相匹配。金刚石中的碳原子排列成周期性的三维晶格。片晶缺陷通过引入一种主要含有碳原子和一些氮原子的延伸平面缺陷来中断原子的周期性排列，小片中的原子沿着缺陷线呈锯齿状排列。

    金刚石是来自深海的信使。关于片晶缺陷的结构和组成的了解可以告诉我们，金刚石是如何在地球上形成的，它们的形成与哪些过程有关。换句话说，目前的知识使研究人员能够建立一个动态模型，描述可能的点缺陷相互作用，***终形成片晶结构。

    这些结果也表明, 片晶并不仅由氮原子组成, 但它表明片晶含有氮, 而氮原子***有可能在片晶的形成动力学中发挥作用。"我们解决了一个谜团。我们用原子分辨电子成像技术回答了金刚石中原子在片晶缺陷中原子排列的问题。现在这项研究也启发了其他令人兴奋的研究途径, ”库米·奈说。"这是故事的美好开始。”

    金刚石是自然界存在的特殊材料之一，具有***高的硬度、低摩擦系数、高弹性模量、高热导、高绝缘、宽能隙、高的声传播速率以及良好的化学稳定性等，如下表。虽然天然金刚石具有这些***的特性，但是它们一直仅仅是以宝石的形式存在，其性质的多变性和稀有性极大地***了其应用。而洛阳誉芯金刚石制备的CVD金刚石膜将这些优异的物理化学性能集一身，且成本较天然金刚石低，能够制备各种几何形状，在电子、光学、机械等工业领域有广泛的应用前景。