中國科學技術大學吳恒安教授團隊基于大規模分子動力學(MD)模擬，提出了六種具有代表性的非晶碳相，獲得了非晶碳的全面微觀結構圖景。這些相分別為無序石墨烯網絡(DGN)、高密度非晶碳(HDAC)、非晶硅化物(a-DG)、非晶金剛石(aD)、次晶金剛石(pD)和納米多晶金剛石(NPD)。研究團隊對微觀結構拓撲特征及其對短程到中程有序性的貢獻進行了深入分析。值得注意的是，a-DG 表現出非晶石墨和原子無序金剛石的混合特征，而 pD 則展示了分布在非晶基質中的大量類金剛石納米核。它們的微觀結構拓撲特征與實驗中新合成的無定形碳有著驚人的相似性，這種一致性表明模擬模型可以有效地捕捉在實驗制備的無定形碳中觀察到的各種微觀結構。

此外，該團隊通過將模擬數據與實驗觀察結果進行比較進行了全面分析，從而開發了 sp 3 /sp 2與密度平面的相圖。相圖揭示了以意想不到的不連續性為特征的有趣模式，這種不連續性源于不同類型的無定形碳微觀結構拓撲的固有差異。有趣的是，該團隊發現了一個擬合的冪律：log(sp 3 /sp 2 ) ~ ρ n，其中不同的 n 值表示可以通過在特定的溫度-壓力條件下操縱 sp 3 /sp 2比率來調節無定形碳的微觀結構穩定性。盡管密度、溫度和壓力的變化會導致原子級無序性發生顯著變化，但仍然可以通過短/中程有序拓撲微結構區分不同類型的無定形碳。這種分類方法為進一步研究無定形碳的機械性能和其他相關屬性鋪平了道路。

此外，研究人員基于不連續相圖探索了不同類型的非晶碳之間可能的相變路徑。研究發現，在高溫高壓條件下對DGN進行退火，可以得到a-DG、aD和pD等典型的非晶碳結構。此外，還觀察到了DGN與HDAC之間的可逆相變，與最近的第一性原理計算結果一致。因此，在適當的溫度和壓力條件下，不同類型的非晶碳之間可能存在著豐富的尚未發現的相變和微觀結構演變。后續研究目標是探究這些相變的調控機制，為非晶碳材料的實驗合成提供有價值的理論指導。