在高温高压退火下，高密度的非晶金刚石（a-D）基体中发生晶粒的成核和生长（图2 a-d）。p-D中晶粒由cubic和hexagonal两种金刚石晶体原子无序堆叠而成，退火温度显著影响成核过程。低温无法诱导成核，而高温下较快的成核速率导致其生长为长程有序的多晶金刚石（NPD）。在合适的退火温度下其中严重的晶格畸变和无序的晶向分布得以保留，体系可保持在中程有序的次晶状态。通过对次晶晶粒微结构的深入分析，利用局部平均化处理的Steinhardt order parameter表征其原子结构，构建了用于元动力学（Metadynamics）的集合变量。

通过Metadynamics的自由能方法，成功实现了几种无定形金刚石相态之间的可逆相变（图3 I-V）。各相态在自由能面上均有对应的局部最低点，且p-D（图3 III）仅在较窄的温度范围内存在明显的局部最低点。低温下反应速率过低难以成核，而高温会导致p-D在自由能面上的势垒消失，其向自由能更低的方向生长，最终体系稳定在长程有序的NPD（图3 IV）状态，失去p-D独特的微观拓扑结构和力学性质。该研究揭示了p-D明显不同于a-D和NPD的形成机制，并阐明了温度如何控制次晶成核和生长的物理力学机理。