Алмаз. Кто не восхищался этим камнем? Его уникальные свойства и то обстоятельство, что он редко встречается в природе, поставили вопрос о создании технических моделей — искусственных алмазов. Именно знание состава и природных свойств алмаза позволило сформулировать требования для изготовления искусственных алмазов.
Слово «алмаз» происходит от греческого «адамас», означающего «непреодолимый». Такое название он получил, видно, за свою наибольшую твердость, а также устойчивость при физических и химических воздействиях. Сейчас мы знаем, что бесцветные разновидности алмаза содержат только чистый углерод, Незначительные примеси окислов магния, кальция, железа, алюминия, кремния и других веществ придают алмазу окраску и непрозрачность.
Бесцветный алмаз широко применяется в ювелирном деле. Истории, связанные с драгоценными алмазами, приведены в книгах А. Е. Ферсмана, например, в его «Очерках по истории камня» [Т. I. М., Изд-во АН СССР, 1954].
Для создания искусственного алмаза в первую очередь было необходимо выяснить, из чего состоит алмаз. Здесь нужно вспомнить труды Исаака Ньютона, который изучал способности различных сред преломлять свет. В книге «Оптика», изданной в 1704 г., он сообщал, что преломляющая способность оливкового масла равна 12 607, льняного масла — 12 819, янтаря — 13 654, алмаза — 14 556. «По преломляющей способности алмаза Ньютон, таким образом, угадал углеродную природу алмаза», — отмечал С. И. Вавилов в комментариях к русскому изданию этой книги И. Ньютона, вышедшей в 30-х годах нашего столетия. Это предвидение привело к установлению того, что алмаз содержит углерод. Известны различные свойства алмаза. Абсолютная твердость алмаза в 150 раз больше твердости корунда и в 1 000 раз — кварца. Алмаз обладает очень высокой теплопроводностью, при комнатной температуре превосходящей теплопроводность меди. Высокая твердость позволила использовать его в камнеобрабатывающей и металлообрабатывающей промышленности. И хотя алмаз изучают уже давно, тем не менее выясняют все новые свойства этого удивительного минерала.
Он до последнего времени считался практически идеальным изолятором электричества. На алмазе в 1923 г. были проведены опыты, устанавливающие законы внутреннего фотоэффекта. В алмазе имеются носители зарядов — электроны и дырки, которые обладают большой подвижностью и в электрическом поле дают ощутимый электрический ток. В 1945 г. было предложено с помощью алмаза регистрировать ядерные излучения.
Английский физик Дж. Кастере в 1952 г. на образцах из африканских месторождений с помощью специальной измерительной аппаратуры обнаружил алмазы с полупроводниковыми свойствами, что обусловлено наличием минеральных примесей. Такие алмазы имеют голубую окраску и встречаются довольно редко. Процесс изучения состава алмаза, начатый И. Ньютоном, продолжается и в наши дни. И нет никакой уверенности в том, что он закончен.
Кристаллы германия и кремния, на которых основана полупроводниковая электроника, также имеют алмазоподобные структуры. По-видимому, это навело акад. Б. М. Вула на мысль, что алмаз в чем-то превзойдет германий и кремний, как и всякий идеальный образец превосходит менее стойкие подобия. Привлекала своей простотой атомная решетка алмаза — надежный каркас для создания полупроводников, а также возможность применения искусственных алмазов. В наше время за рубежом и в СССР промышленность изготовляет алмазы. Они могут быть полупроводниками и можно включить их в электрическую цепь. Искусственный кристалл, преобразовывая электрические сигналы, может работать как электронно-вычислительное или радиотехническое устройство.
Кроме того, алмаз очень жаростойкий, более теплопроводный по сравнению с металлом, легко теряет тепло. Самой природой он приспособлен к громадным концентрациям энергии. Тут опять возникает вопрос: выполняет ли он, используя свои физические свойства, какие-нибудь нагрузки в природных условиях, будучи расположенным в месторождении и включенным, например, в естественные электрические цепи? Однако в этом отношении у нас почти что нет наблюдений за естественными объектами. Изучив на природных объектах полупроводниковые эффекты, физики шли дальше, продолжив исследования на специальных химически чистых минеральных массах и совершенствуя технику наблюдений. Часто физики считают природные минералы загрязненными примесями, снижающими качество различных эффектов полупроводниковых приборов. Вместе с тем более широкое изучение современными физическими способами минералов в природе позволило бы выявить их новые свойства и поставить на службу людям пока неизвестные природные патенты. А если бы до наших дней не сохранился голубой алмаз?
Сейчас уже созданы устройства, позволяющие выращивать искусственные изумруды, гранаты, опалы и другие камни. И эти искусственные минералы получены по рецептам, взятым у природы.
Источник: Г.С. Франтов. Геология и живая природа. (Уровни организации вещества, бионика и геоника, клетки и газово-жидкостные включения). Изд-во «Недра». Ленинград. 1982