1963年12月6日，中國首顆人造金剛石成功，中國人找到了開啟人工制造金剛石這扇大門的神秘鑰匙。目前中國占據了世界培育鉆石產量的80%以上，近幾年在國際上產生了巨大影響力。隨著金剛石技術的迭代，金剛石及其制品在我國航空航天、國防軍工、機床機械等領域發揮著愈發重要的作用，也使得它在量子技術、生物醫療、半導體等尖端領域擁有更廣闊的想象空間。

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       金剛石在尖端領域

       已有哪些應用？

       金剛石，作為“終極材料”的多維應用

       除表1所示的應用行業外，在近期的研究中，香港大學褚智勤博士團隊基于含有硅空位色心的金剛石微米顆粒研發出一種防偽標簽，具備多模式、動態、不可克隆和出色的穩定性的特點。斯坦福大學的研究則通過將金剛石和鈮酸鋰納米結構組合，實現了高效的材料耦合，展現了其在量子設備中的應用潛力。金剛石的廣泛多維的應用展現了其在現代科技中多面性和關鍵作用。

表1 金剛石材料的性能

       金剛石，領導半導體技術的未來革命

       2023年10月，美國Diamond Foundry創造的世界首個單晶金剛石晶圓，預示著金剛石在高性能計算和電子設備中應用的潛力，能顯著提升AI性能、縮小電子元件尺寸，并加速無線傳輸。

       與此同時，華為和哈爾濱工業大學的合作推進了金剛石與硅的三維集成技術，早稻田大學和Power Diamonds Systems開發的金剛石MOSFET為金剛石半導體的廣泛應用鋪平了道路。亞馬遜與Element Six的量子傳感項目和法國Diamfab全金剛石電容器在電動汽車的創新應用，進一步證明了金剛石在信息技術和高效能電力領域的應用潛力。

       金剛石，材料科學與工程的中堅力量

       金剛石低密度和高楊氏模量使其成為高性能的高頻聲材料，可在高達70kHz的頻率下保持完美振動，適用于聲表面波濾波器，提高濾波頻率和功率承受能力。近期，大阪大學的團隊就利用飛秒X射線成像技術，成功追蹤了單晶金剛石中的超快位錯運動，證實超音速位錯運動，為極端條件下的材料變形提供了理論基礎。

圖 美國Lockheed Martin團隊正在開發一種鉆石磁力計，旨在發明一種不依賴外部信號的GPS替代品

       此外，北京航空航天大學和燕山大學團隊還發現的納米孿晶金剛石復合材料展現了室溫下的自我修復能力，這對提升脆性材料的韌性和耐用性具有重要意義。

金剛石為何能應用于

量子技術領域？

       量子技術是一種利用微小的量子粒子（例如電子、光子等）的特殊性質來進行各種操作的技術。

       金剛石因為擁有超高的導熱性、導電性以及優異的光學特性，科學家常思考把它作為半導體材料應用于光電工程中的可能性，這也助推了金剛石在量子信息技術領域的發展。

圖 NV色心、能級結構及其在磁場測量的應用

       由于金剛石具有超寬的禁帶寬度，使其位于禁帶中深能級缺陷發光不被吸收而發射出來，形成一系列缺陷誘導的顏色中心，即所謂的“色心”。特別是，金剛石中與空位相關的缺陷，如氮空位（NV）或硅空位（SiV）中心。這些色心具有類似“單原子”的分立能級，非常適合用于量子信息處理、量子計算的載體、量子精密測量領域。

       目前這一方向，中國地質大學（武漢）珠寶學院等高校正在致力于此方面的研究，并取得一定成果。

       金剛石的量子未來

       隨著對金剛石量子特性的深入研究和工程技術的進步，金剛石在量子領域的應用正日益接近實用化。目前，全球有超過200個學術團隊正在研究其量子性質的應用，也有越來越多的公司投入金剛石量子技術的開發。我們期待著未來，金剛石在提高量子設備性能、降低成本和簡化系統設計等方面發揮關鍵作用。

       此外，金剛石技術的發展還將推動新的科研突破和工業應用，加速量子技術從實驗室到現實世界的轉變。盡管面臨技術挑戰和市場不確定性，但金剛石在量子技術領域的前景無疑是光明的。