اَبَر الماس

الماس از چندین جهت متفاوت سرور مواد محسوب می‌شود و شاید چنین به نظر آید که وجودی فوق الماس امکان‌پذیر نیست. با این همه، ابرالماس را یک مهندس شیمی به نام ویلیام ف. بانهولزر از شرکت جنرال الکتریک واقع در نیویورک، به دست آورده و گزارش آن را چندین سال پیش منتشر کرده است. مثلا، چرا الماس سرور مواد است؟ مثلا، چه چیزی سبب می‌شود که اسمال را سخت‌ترین ماده بدانیم؟ یک ماده را زمانی می‌توان « ماده سخت» نامید که اتم‌های تشکیل دهنده‌ی آن محکم به هم بچسبند چنانکه جداسازی اتم‌های آن با فشار، کار بسیار دشواری باشد. بنابراین، هنگامی که الماس را برای خراشیدن سایر مواد سخت به کار می‌بریم، الماس اتم‌ها را از مواد دیگر جدا می‌سازد. بدون اینکه اتم‌های خود آن از یکدیگر جدا شوند. برای اینکه اتم‌ها به هم بچسبند، هر اتم باید حتی المقدور با بسیاری از اتم‌های مجاور پیوند یابد. محکم ترین پیوند موردی است که در آن هراتم با چهار اتم دیگر پیوند می‌یابد. هراتمی که بدین ترتیب پیوند یابد، هرچه کوچکتر باشد، اتم‌های دیگر بیشتر نزدیک هم می‌آیند و محکمتر در جایی استقرار می‌یابند. اتم کربن کوچکترین اتمی است که توانایی پیوند با چهار اتم کربن مجاور را دارد و الماس فقط از اتم‌های کربن تشکیل یافته است. با این همه، پیوند اتم‌های کربن همیشه نزدیکترین آرایش اتمی را ندارد. مثلاً، اتم‌های کربن در زغال سنگ، زغال کک و دوده و همچنین در گرافیت (مغز مداد) به هم پیوستگی سستی دارند. ولی اگر تکه‌ای گرافیت را در دمای بالا حرارت دهیم، اتم‌ها آرایشی دیگری به خود می‌گیرند و نیز اگر گرافیت تحت فشار عظیمی قرار گیرد، اتم‌های آن به هم نزدیکتر می‌شوند، در نتیجه الماس پدید می‌آید. در اعماق زمین، دما و فشار آن قدر زیاد است که الماس به وجود می‌آید. و در چندین جا، این الماس‌ها به سطح زمین راه یافته‌اند. در دهه‌ی 1950 دانشمندان در شرکت جنرال الکتریک توانستند روش‌هایی برای دستیابی به دما و فشار بالا را ( در حضور برخی فلزات) ایجاد کنند و الماس‌های مصنوعی را که مشابه الماس طبیعی بود، تولید کنند. الماس ماده شفافی است و نوری که از آن می‌گذرد به صورت رنگین کمان منکسر می‌شود. اگر الماس را به شکل‌های مخصوصی ببریم، رنگ‌های گوناگونی از آن ساطع می‌شود، اگرچه، الماس خود ماده بیرنگی است. همین خاصیت الماس زیبایی شگفت آوری دارد و ارزش عمده‌ی آن در نزد مردم به شمار می‌آید. ولی در صنعت، سختی الماس آن را بهترین ماده‌ی ساینده ساخته است و ما آن را برای ساییدن و صاف کردن سطوح ناهموار به کار می‌بریم. (ساینده‌هایی وجود دارند که ارزانتر از الماس هستند، اما همسنگ آن نیستند). الماس رسانای جریان الکتریسیته نیست، اما گرما را به سهولت انتقال می‌دهد. این بدان معناست که کاربرد ذرات الماس در میکروچیپ (ریزتراشه) ها یا سایر اجزای تشکیل دهنده‌ی زیر در وسایل امروزی، مانع از داغ شدن وسایل می‌شود. افزون بر این، در میان همه‌ی مواد شفاف، الماس تحت تأثیر تشعشع قرار نمی‌گیرد. لذا کاربرد الماس در وسایل اشعه‌ی لیزری می‌تواند بسیار سودمند باشد. چه مطلوب است اگر چیزی بتوان یافت که حتی بیش از الماس، هادی گرما و مقاوم در برابر تشعشع باشد. ولی چون ترتیب قرار گرفتن اتم‌های الماس حد نهایی را دارد، چگونه می‌توان ماده‌ای فوق الماس به دست آورد؟ دو نوع اتم (یا ایزوتوپ) کربن وجود دارد: کربن 12 و کربن 13. هر ماده‌ی کربن دار از جمله الماس، تقریباً از 99 درصد کربن 12 و یک درصد کربن 13 تشکیل یافته است. هر دو نوع کربن اثر شیمیایی یکسان دارند، اما جرم کربن 13، هشت درصد بیشتر از جرم کربن 12 است و این اختلاف جرم برخی تفاوت‌های جزئی را بین این دو نوع کربن به وجود آورده است. حدود 70 سال پیش، یک فیزیکدان روسی استدلال کرد که اگر همه‌ی اتم‌های الماس از یک نوع باشند، گرما بهتر از الماس می‌گذرد. حتی اگر همه‌ی اتم‌های تشکیل دهنده الماس، کربن باشند، کربن 13 قدری از اثری گرمایی را حبس می‌کند و انتقال آن را کند می‌سازد. دانشمندان روش‌های جداسازی ایزوتوپ‌های عناصر را پیشرفته تر ساخته‌اند و امکان دارد که این کار را از متان (CH4 که غنی از کربن است) شروع کنیم، و همه‌ی مولکول‌های حاوی کربن 13 در متان را جدا کنیم. لذا مولکول‌هایی که فقط کربن 12 دارند، در متان باقی می‌مانند. سپس می‌توان متان حاوی کربن 12 را برای ساختن الماس‌های مصنوعی که فقط از اتم‌های کربن 12 تشکیل یافته باشند، به کار گرفت، این کار نخستین بار در سال 1988 توسط گروهی به سرپرستی بانهولزر در شرکت جنرال الکتریک انجام گرفت. دانشمندان در دانشگاه ایالتی وین واقع در دیترویت امریکا الماس‌های ساخته شده از کربن 12 را آزمایش کرده‌اند و دریافته‌اند که این نوع الماس‌ها واقعاً فوق الماس هستند. الماس‌های تشکیل یافته از اتم‌های کربن 12 گرما را 50 درصد بهتر از الماس‌های معمولی انتقال می‌دهند و در برابر تشعشع ده برابر مقاومتر از الماس‌های معمولی هستند. علم بر آنچه که نهایت مواد تلقی می‌شد، چیره شده است. متأسفانه، الماس‌های حاوی اتم کربن 12 گرانتر از الماس‌های معمولی هستند، در نتیجه احتمالاً این نوع الماس‌ها، در سطح وسیعی کاربرد خواهند داشت. با این همه، مطمئناً کاربرد آن‌ها در محدوده‌ی کوچک ضرورت خواهد داشت و کاملاً امکانپذیر است که این نوع الماس‌ها برای ساختن کامپیوترها و لیزرهای آینده، جزئی ضروری باشند.