由于碳可以形成sp-、sp-和sp-杂化，故碳元素的存在形式是多种多样的，如石墨、立方金刚石、六角金刚石、无定形碳、纳米管、富勒烯等。各种同素异形体由于结构的不同，彼此间的电子和力学等物理性质存在迥异的差异。碳的不同存在形式间的转化一直以来都是科研和生产中的热门课题。在不使用任何催化剂的情况下，石墨可以在高温（1600-2500K）和高压（＞15GPa）下，直接转变为金刚石。另一方面，在常温下对石墨加压到~14GPa，相变仍然可以发生。相变的特征表现在电阻、光学发射和透射、拉曼模式、X射线衍射（XRD）、硬度和近K边吸收谱都有显著的变化。引人注意的是这个碳的新相属于
超硬材料，它甚至可以金刚石表面上留下痕迹。
吉林大学李全博士和导师马琰铭教授通过从头算演化理论的结构预测方法，提出了一个新奇的单斜超硬碳，并命名为M碳(M-carbon)。M吉林大学李全博士和导师马琰铭教授通过从头算演化理论的结构预测方法，提出了一个新奇的单斜超硬碳，并命名为M碳(M-carbon)。碳可以沿金刚石的（111）表面的重构获得，还可以被看做是由石墨层滑移和皱折而成。在13.4GPa以上的压强条件下，M碳比石墨更稳定，这与实验上观测到XRD在大约14GPa发生相变一致。整个布里渊区中没有出现声子软化现象，这证实M碳结构的稳定性。基于此结构模型的理论模拟很好的重现了此前实验报道的冷压下石墨XRD和近K边吸收谱随压强的变化关系。M碳的理论硬度和体弹模量分别为83 和 431GPa，都和金刚石很接近，说明M碳是优秀的超硬材料，这也解释了常温高压下的石墨样品在金刚石上能留下压痕这一实验现象。能带的计算揭示了M碳是带隙为3.6eV间接带隙半导体。2009年4月29日，该研究成果发表在Physical Review Letters
102, 175506 (2009)上，2009年5月12日，Nature News以“Carbon that cracks diamond”为题对此结果进行了亮点报道。 http://www.nature.com/news/2009/090512/full/news.2009.446.html