اَبَر الماس

از جنبه‌های گوناگون، الماس سرور تمام مواد محسوب می‌شود. احتمالاً به نظر آید که ماده‌ای برتر از الماس وجود ندارد. با این حال یک مهندس شیمی به نام ویلیام ف. بانهولزر در شرکت جنرال الکتریک در نیویورک، اَبَر الماس را به دست آورد و گزارش کارش را منتشر نمود.
چرا الماس را سرور مواد می‌دانیم؟ چه عاملی سبب می‌شود که الماس، سخت‌ترین ماده تلقی شود؟ یک ماده هنگامی ماده‌ی سخت تلقی می‌شود که اتم‌های تشکیل دهنده‌ش به سختی به هم چسبیده باشند آن‌چنان که جداسازی اتم‌های تشکیل دهنده‌ی آن از هم کاری بسیار دشوار باشد. از این رو هنگامی که از الماس برای خراش دادن به سایر مواد سخت استفاده می‌کنیم اتم‌های الماس تحت نیروی عکس‌العملی که به آنها وارد می‌شود از هم جدا نمی‌شوند و قادرند اتم‌های مواد دیگرِ تحت عملِ خود را از هم جدا کنند.
برای چسبیدن اتم‌ها به یک‌دیگر، هر اتم باید حتی‌الامکان با بسیاری از اتم‌های مجاورش پیوند داشته باشد. محکم‌ترین پیوند به اتمی مربوط می‌شود که با چهار اتم دیگر در اطرافش پیوند دارد. اتمی که به این ترتیب پیوند پیدا می‌کند، هرچه کوچک‌تر باشد، اتم‌های دیگر پیوندی به هم نزدیک‌تر خواهند بود و محکم‌تر در جای خود استقرار می‌یابند و در مجموع اتم‌ها بیشتر به هم پکیده خواهند بود. اتم کربن کوچک‌ترین اتمی است که فادر است با چهار اتم مجاور خود که آنها نیز کربنند چنین پیوندی داشته باشد. ماده‌ی حاصل از چنین پیوندی الماس است که تنها متشکل از اتم‌های کربن است.
البته پیوند اتم‌های کربن همواره به شکلِ پکیده‌ترین آرایش اتمی نیست. مثلاً اتم‌های کربن در زغال سنگ، زغال کُک و دوده و نبز در گرافیت (مداد) به هم پیوستگی ضعیفی دارند. اما اگر تکه‌ای گرافیت را در دمای بالا حرارت دهیم آرایش اتم‌ها عوض خواهد شد، و هم‌چنین اگر گرافیت را تحت فشار بسیار زیادی قرار دهیم اتم‌های آن به هم نزدیک‌تر شده و در نتیجه الماس پدید می‌آید.
در اعماق زمین، دما و فشار به حدی بالاست که از اتم‌های کربن موجود در آن‌جا الماس درست می‌شود و در چندین نقطه، این الماس‌ها به سطح زمین راه یافته‌اند. دانشمندان شرکت جنرال الکتریک توانستند به روش‌هایی برای دست‌یابی به دما و فشار بالا (در حضور برخی از فلزات) دست یابند و بدین ترتیب الماس‌های مصنوعی مشابه با الماس طبیعی تولید کنند.
الماس ماده‌ای شفاف است و نور سفیدی که از آن می‌گذرد دچار شکست می‌شود و طول موج‌های رنگ‌های تشکیل دهنده‌ی آن از هم جدا شده حالتی شبیه رنگین کمان ایجاد می‌کنند. اگر الماس را به شکل‌های ویژه‌ای برش دهیم رنگ‌های متنوعی از آن ساطع می‌شود هرچند خودِ الماس بی‌رنگ است. همین امر، زیبایی شگفت انگیزی به این ماده داده است و آن را پیش مردم گران‌بها ساخته است.
اما در صنعت، این سختی الماس است که گران‌قدر است و آن را به بهترین ماده‌ی ساینده برای ساییدن و صاف کردن سطوح ناهموار تبدیل نموده است. (البته ساینده‌هایی ارزان‌تر از الماس نیز وجود دارند اما از لحاظ سختی مثل الماس نیستند.) الماس رسانای جریان الکتریکی نیست اما گرما را به سهولت انتقال می‌دهد. بنابراین می‌توان از الماس در میکروچیپ‌ها (ریزتراشه‌ها) یا دیگر قسمت‌های ریز در وسایل مورد استفاده‌ی امروزه، به عنوان عایق برقی که مانع داغ شدن و احیاناً سوختن ابزار می‌شود استفاده کرد. علاوه بر این‌ها، در میان همه‌ی مواد شفاف، تقریباً تنها الماس است که تحت تأثیر تشعشع قرار نمی‌گیرد. در نتیجه کاربرد الماس در وسایلی که با پرتوهای لیزری سروکار کارند بسیار سودمند است.
خیلی خوب بود اگر ماده‌ای پیدا می‌شد که حتی بیش از الماس، رسانای گرما و مقاوم در برابر تشعشع باشد. اما از آنجا که ترتیبِ قرار گرفتنِ اتم‌ها در الماس حد نهایی خود را دارد چگونه می‌توان چنین ماده‌ای که بهتر از الماس عمل می‌کند را به دست آورد؟
دو نوع (یا ایزوتوپ) از اتم کربن وجود دارد: کربن 12 و کربن 13. هر ماده‌ی کربن‌دار از جمله الماس، تقریباً از نود و نه درصد کربن 12 و یک درصد کربن 13 تشکیل شده است. هر دو نوع کربن، اثر شیمیایی یکسانی دارند اما جرم کربن 13 هشت درصد بیشتر از جرم کربن 12 است. این اختلاف جرم، موجد برخی تفاوت‌های جزئی بین این دو نوع کربن است. بیش از هفتاد سال پیش، یک فیریک‌دان روسی استدلال کرد که اگر همه‌ی اتم‌های الماس از یک نوع باشند الماس به نحو بهتری قادر به هدایت گرماست. و اگر تنها از نوع کربن 12 باشند هدایت گرما بهتر از وقتی صورت می‌گیرد که همه‌ی آنها از نوع کربن 13 باشند زیرا کربن 13 مقداری از گرما را در خود حبس می‌کند و لذا انتقال گرما را قدری کندتر انجام می‌دهد.
دانشمندان، روش‌های جداسازی ایزوتوپ‌های عناصر را بهبود داده‌اند. بنا بر این امکان دارد کار را از متان (CH4 که از کربن غنی است) شروع کنیم و همه‌ی مولکول‌های حاوی کربن 13 در متان را جدا کنیم. به این ترتیب مولکول‌هایی که تنها کربن 12 دارند در متان باقی می‌مانند. سپس می‌توان متان حاوی کربن 12 را برای ساختن الماس مصنوعی که تنها از اتم‌های کربن 12 تشکیل شده باشد مورد استفاده قرار داد. این کار نخستین بار توسط گروهی به سرپرستی بانهولزر در شرکت جنرال الکتریک انجام گرفت.
دانشمندان دانشگاه ایالتی وین در دیترویت امریکا الماس‌های ساخته شده از کربن 12 را آزمایش کرده‌اند و دریافته‌اند که این نوع الماس‌ها واقعاً اَبَرالماسند. الماس‌های تشکیل یافته از اتم‌های کربن 12 پنجاه درصد بهتر از الماس‌های معمولی گرما را انتقال می‌دهند و مقاومت آنها در برابر تشعشع ده برابر بیشتر است. بدین‌گونه، چیرگی علم در برابر ماده‌ای که سرور مواد و سخت‌ترینِ آنها تصور می‌شد رقم خورد.
متأسفانه الماس‌های حاوی کربن 12 گران‌تر از الماس‌های معمولی هستند درنتیجه موارد مصرف آنها احتمالاً گسترده نخواهد بود. با این وجود، یقیناً کاربرد آنها در سطحی محدود ضرورت خواهد داشت و کاملاً محتمل است که ضرورتاً از این نوع الماس‌ها در ساخت انواعی ویژه از کامپیوترها و لیزرها استفاده شود.