التكنولوجيا

الألماس الصناعي يُنتقى لأدائه لا لمظهره، وكله تقريبًا مصنوع في المصانع. ويورد US Geological Survey أن المادة المصنّعة شكّلت في 2025 أكثر من 99% من إنتاج الألماس الصناعي واستهلاكه في العالم، وأن الناتج العالمي تجاوز 15 مليار قيراط. والصين المنتج الأول، تتبعها الولايات المتحدة وروسيا، والثلاثة مجتمعة تمثّل نحو 99% من الناتج المصنّع.

وقد بدأت هذه الصناعة عند General Electric، حيث حقق Tracy Hall تصنيعًا قابلًا للتكرار في 16 ديسمبر 1954 في مكبسه المسمى «الحزام»، وهو جهاز ضغط عالٍ وحرارة عالية (HPHT) يحوّل الغرافيت إلى ألماس بحفّاز من الحديد المنصهر. وأعلنت GE النتيجة في فبراير 1955.

ومعظم الألماس الصناعي يُستعمل مادة كاشطة: حبيبات مثبّتة في أقراص الجلخ، وقطع مناشر للخرسانة والحجر، ومناشر سلكية، ومساحيق صقل. والحفر استعمال رئيسي آخر. وقد استنبطت GE المركّب الألماسي متعدد البلورات (PDC)، وهو طبقة من الألماس الملبّد مثبّتة على كربيد التنغستن، في 1971، وبدأت بيع قواطع PDC في 1976. وأورد تاريخ نشره في 2015 مهندس في Baker Hughes في مجلة Drilling Contractor، مجلة International Association of Drilling Contractors، أن لقم PDC تحفر أكثر من 90% من الأطوال المحفورة في آبار النفط والغاز في العالم؛ ويقول تقرير من Sandia National Laboratories لعام 2010 بحذر أكبر إن لقم PDC الجارّة تهيمن على حفر النفط والغاز. والأدوات المتوّجة بالألماس تشغّل كذلك خلائط الألومنيوم والمركّبات والسيراميك، لكنها تتآكل سريعًا على الفولاذ لأن الحديد الساخن يحلّ الكربون.

يجمع الألماس خصائص قلّ أن تجتمع. فالألماس أحادي البلورة العالي النقاء ينقل الحرارة بأكثر من 2,000 W/m·K عند حرارة الغرفة، أي نحو خمسة أمثال النحاس، ومع ذلك فهو عازل كهربائي فجوة نطاقه (أي الطاقة اللازمة لتحرير إلكترون يحمل التيار) 5.47 eV، مقابل 1.12 eV للسيليكون.

وبوصفه ناشر حرارة، توضع صفيحة ألماس رقيقة تحت رقاقة ساخنة فتنقل الحرارة جانبيًا قبل أن تتراكم. ومستعملوه المعتادون مكبّرات نيتريد الغاليوم (GaN) العاملة في الترددات الراديوية، وثنائيات الليزر عالية القدرة. وقد بدأت Element Six والشركة اليابانية Orbray شراكة في الألماس أحادي البلورة على مقياس الرقاقات في يونيو 2024، وكانت Orbray قد استنبتت مادة يبلغ عرضها 55 mm؛ وقالا في يونيو 2026 إن طريقة قابلة للتكرار لركائز مقاس 3 بوصات صارت قائمة وإن ركائز مقاس 4 بوصات في طور التطوير.

وبوصفه شبه موصل، يستطيع الألماس من حيث المبدأ تحمّل جهود وحرارات أعلى من كربيد السيليكون أو GaN. وتشويب البورون يجعله من النمط p، لكن لا يوجد مانح ضحل: فالفوسفور يقع 0.6 eV تحت نطاق التوصيل مقابل 0.37 eV لمستقبِلات البورون، فالتشويب من النمط n لم ينجح إلا نجاحًا محدودًا، وما زال استنبات رقاقات كبيرة قليلة العيوب صعبًا. وترانزستورات الألماس ما زالت في نطاق المختبر والتشغيل التجريبي.

وبوصفه نافذة، فالألماس المستنبت بالترسيب الكيميائي من البخار (CVD) ينفذ الضوء من نحو 225 nm في فوق البنفسجية إلى الأشعة تحت الحمراء البعيدة والموجات الميكروية، مع نطاقات امتصاص ضعيفة بين 2.5 و6.5 µm. وهو يُستعمل في نوافذ أجهزة ليزر ثاني أكسيد الكربون، وخطوط حزم الأشعة السينية في السنكروترون، ومنظومات الموجات الميكروية عالية القدرة.

مركز النيتروجين والفراغ (NV) عيب نقطي تحل فيه ذرة نيتروجين محل ذرة كربون واحدة وتقع إلى جانب موضع شبيكي خالٍ. وفي صورته السالبة الشحنة للعيب حالة أرضية ثلاثية البرم: ثلاثة مستويات مغناطيسية فرعية، اثنان منها يقعان نحو 2.87 GHz فوق الثالث عند غياب أي حقل. وضوء الليزر الأخضر يُهيّج المركز، وسطوع تفلوره الأحمر (خط الفونون الصفري عند 637 nm) يتوقف على حالة البرم. ولذلك يمكن قراءة برم كمي واحد بمجهر ضوئي وموجات ميكروية، وهي تقنية تسمى الرنين المغناطيسي المكشوف بصريًا.

والبرم يحفظ تساوقه إلى مدى يبلغ أجزاء الألف من الثانية عند حرارة الغرفة في الألماس البالغ النقاء، وهو أمر غير مألوف بين الكيوبتات في الحالة الصلبة. والحقول المغناطيسية والحقول الكهربائية والانفعال والحرارة تزيح الرنين جميعًا. ويورد NIST قابلية كشف للحقل المغناطيسي تنزل إلى نانوتسلا لكل جذر هرتز على مقاييس طولية تبلغ عشرات قليلة من النانومترات، في الهواء وعند حرارة الغرفة.

وفي 2015 شبّك فيزيائيون في Delft University of Technology برم الإلكترونات في ألماستين تفصلهما 1.3 km وأجروا واحدًا من أوائل اختبارات Bell الخالية من المنافذ. وقد تبعت العدّة الفيزياء: ففي 31 مايو 2022 ثبّت Pawsey Supercomputing Research Centre في بيرث جهازًا من Quantum Brilliance وصفه بأنه أول حاسوب كمي في العالم قائم على الألماس يعمل عند حرارة الغرفة ومركّب في موقع مرفق للحوسبة الفائقة. والألماس بالدرجة الكمية مهندَس لا مستخرَج من منجم، يُستنبت بـCVD مع إضافة النيتروجين بمقادير مضبوطة.

خلية السندان الألماسي (DAC) تضغط عينة بين الطرفين المستويين لألماستين بجودة الأحجار الكريمة. والسندانان يزنان في المعتاد بين 1/8 و1/3 ct، وطرفاهما المصقولان، المسمّيان الكوليت، عرضهما 100–250 µm في المعتاد. ولأن قوة متوسطة تعمل على مساحة بالغة الصغر، يصير الضغط هائلًا. وحشية معدنية رقيقة مثقوبة تحتجز العينة.

وقد طُوّرت الخلية في 1958 في US National Bureau of Standards (NBS) على أيدي Charles Weir وAlvin Van Valkenburg وEllis Lippincott وE. N. Bunting، وعلى نحو مستقل في University of Chicago. وشفافية الألماس هي التي أنجحت التصميم: فالأشعة تحت الحمراء والضوء المرئي والأشعة السينية تعبر السندانين، فيمكن قياس العينة وهي تحت الضغط وتسخينها بالليزر في الوقت نفسه.

وعلم الأحجار الكريمة هو الذي قدّم مقياس الضغط. فقد نشر باحثون في NBS في 1972 طريقة تقوم على خطوط التفلور الحمراء الحادة في الياقوت، وهي تزيح باطراد إلى أطوال موجية أكبر مع ارتفاع الضغط، فتصير حبيبة ياقوت إلى جانب العينة مقياس ضغط. وقد تجاوزت الخلايا 100 GPa في 1975 وتبلغ اليوم نحو 360 GPa الموجودة في مركز الأرض، في حين أوردت سندانات متخصصة مزدوجة المرحلة ضغوطًا تفوق 600 GPa في 2012، وأوردت المجموعة نفسها لاحقًا ما يفوق 750 GPa في 2015 وما يتجاوز 1 TPa في 2016، وهي أرقام ما زالت محل خلاف. وتجارب DAC تقوم عليها نماذج بواطن الكواكب والبحث عن أطوار عالية الضغط، من الجليد والنيتروجين الكثيفين إلى الهيدريدات الفائقة التوصيل.

الياقوت الأزرق المصنّع أكسيد ألومنيوم أحادي البلورة، وهو كيميائيًا عين الكوراندوم الطبيعي، لكنه يُستنبت عديم اللون وفي بولات كبيرة للصناعة. والمصنّعون يستعملون طرائق النمو من المصهور مثل Kyropoulos وCzochralski، وهي تبرّد بلورة كبيرة من الألومينا المنصهرة أو تسحبها، في حين ما زالت طريقة Verneuil الأقدم للصهر باللهب تورّد القطع الصغيرة وخام الأحجار الكريمة.

وعند 9 على مقياس موس، يقاوم الياقوت الأزرق الخدش من كل شيء تقريبًا إلا الألماس وقليلًا من المواد الأخرى الفائقة الصلادة. وبلورات الساعات (الغطاء الشفاف فوق القرص) استعمال مألوف: فـRolex تحدد بلورة ياقوت أزرق مقاومة للخدش في Submariner، وتورد Apple شاشة مستوية من بلورة الياقوت الأزرق في Apple Watch Ultra 3، وغطاء عدسة من بلورة الياقوت الأزرق في كاميرات iPhone 17 Pro. أما شاشات الهواتف من الياقوت الأزرق فقد تعذّر توسيع إنتاجها: فشركة GT Advanced Technologies، التي كانت قد أنشأت عملية للياقوت الأزرق لتوريد Apple، أعلنت إفلاسها في أكتوبر 2014.

وأكبر استعمال صناعي له هو الركيزة، أي الرقاقة التي تُستنبت عليها بلورات أخرى. وفي 1986 استنبت Isamu Akasaki وHiroshi Amano نيتريد غاليوم عالي الجودة على الياقوت الأزرق بترسيب طبقة وسيطة من نيتريد الألومنيوم أولًا، وفي 1993 أنتج Shuji Nakamura مصابيح LED زرقاء ساطعة قائمة على GaN. وتشارك الثلاثة جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2014. ورقاقات LED الزرقاء المطلية بالفوسفور تنتج معظم ضوء LED الأبيض، وتورد مراجعة من 2016 أن الياقوت الأزرق ما زال أكثر الركائز التجارية شيوعًا لها. وتصلح المادة كذلك نوافذ لمجسات الأشعة تحت الحمراء.

في 16 مايو 1960 شغّل Theodore Maiman أول ليزر في Hughes Research Laboratories في ماليبو بكاليفورنيا، مع Irnee D'Haenens وCharles Asawa. وكان وسط تكبيره قضيبًا صغيرًا من ياقوت وردي مصنّع، نحو 1 × 2 cm، مفضّض الطرفين تحيط به لمبة وماضة حلزونية. وأيونات الكروم (Cr³⁺)، أي الشائبة التي تلوّن الياقوت الكريم، امتصت الوميض وبثّت ضوءًا أحمر متساوقًا عند 694.3 nm. وأعلنت Hughes النتيجة في مؤتمر صحفي في 7 يوليو 1960، وظهرت ورقة Maiman في Nature في 6 أغسطس. وسرعان ما أزاحت مواد أخرى الياقوت في معظم الأغراض، لكن تفلور الياقوت ما زال مقياس الضغط المعياري في خلايا السندان الألماسي.

والكوارتز يعمل في كل جهاز إلكتروني تقريبًا. وهو كهرضغطي، وهو أثر كشفه Jacques وPierre Curie في 1880: فضغط البلورة يولّد جهدًا، والجهد يشوّهها. ولذلك تهتز صفيحة كوارتز رقيقة أو شوكة رنانة بتردد بالغ الثبات في دائرة. وقد بنى Warren Marrison أول ساعة كوارتز في Bell Telephone Laboratories في 1927، وبنى في السنة التالية معيار تردد محسّنًا، نشره في فبراير من تلك السنة Horton وMarrison في Proceedings of the IRE. وباعت Seiko أول ساعة معصم كوارتزية، وهي Astron، في 25 ديسمبر 1969؛ وكانت بلورتها تعمل عند 8,192 Hz وتحفظ الوقت بدقة نحو خمس ثوانٍ في الشهر. ومعظم الساعات اليوم يستعمل بلورات 32,768 Hz (2¹⁵ في الثانية)، والمهزّازات التجارية تستعمل كوارتزًا مستنبتًا بالطريقة الحرارية المائية لا بلورًا مستخرجًا من منجم.

صارت الآلية تمتد من مصنع الاستخلاص إلى طاولة التصنيف. وفي المناجم، تصوّر أجهزة الفرز بالنفاذية بالأشعة السينية (XRT) الخام المسحوق، وتفرّق بين الألماس والصخر بفروق الكثافة الذرية، وتقذف الألماس بنفثات هواء. واستخلاص الأحجار الكبيرة مبكرًا يقلّل خطر تكسّرها في السحق اللاحق. وقد ثبّت منجم Karowe التابع لـLucara في بوتسوانا أجهزة فرز TOMRA XRT في 2017، واستخلص في أغسطس 2024 ألماسة Motswedi، التي تذكرها TOMRA عند 2,492 ct بوصفها ثاني أكبر ألماسة مسجّلة؛ وتعطي Lucara 2,488 ct منذ ديسمبر 2024.

وفي تخطيط الخام، تبني الماسحات التي ترسم خرائط الشوائب، مثل منظومات Galaxy عند Sarine، نموذجًا ثلاثي الأبعاد للحجر ولعيوبه. ثم تقترح برمجيات التخطيط أشكالًا مصقولة توازن بين المردود (أي الوزن المحفوظ بعد القطع) وبين الدرجات التي يحققها كل خيار.

والتصنيف أحدث الأهداف. فقد أعلن GIA في 27 يوليو 2020 أنه بدأ تصنيف نقاء الألماس بمنظومة ذكاء اصطناعي بنتها IBM Research ودُرّبت على بيانات عدّة GIA وعلى عشرات الملايين من أحجار الألماس التي فحصها مصنّفوه. وقال Tom Moses من GIA إن الهدف هو الاتساق والدقة والسرعة. وكانت المنظومة في استعمال محدود في مختبري GIA في نيويورك وكارلسباد، وقال GIA إنها ستُوسّع إلى مقاسات وأشكال وجودات أكثر. وتبيع Sarine أجهزة وبرمجيات تصنّف اللون والنقاء والقطع آليًّا. وهذه المنظومات تطبّق القواعد وبيانات التدريب التي بُنيت عليها، فنتائجها ليست أكثر اتساقًا من تلك المراجع.

التوأم الرقمي سجل بيانات لحجر بعينه، مبني من المسوح والصور والوزن ونتائج التصنيف، يبدأ أحيانًا في طور الخام حتى يمكن مطابقة الحجر المصقول بمصدره. وقد طرحت De Beers منصتها Tracr القائمة على البلوك تشين في 2018 وأطلقتها على نطاق واسع في 2022. وبحلول 2025 أوردت أكثر من ثلاثة ملايين ألماسة مسجّلة عند المصدر، مع بيانات بلد المنشأ للأحجار التي تفوق القيراط الواحد، وهي تشترط في المستخدمين الانتساب إلى Responsible Jewellery Council. والبلوك تشين يجعل السجلات صعبة التغيير بعد كتابتها، لكنه لا يستطيع إثبات أن القيد الأول كان صحيحًا، ولهذا تقرن Tracr دفترها ببيانات المسح عند Sarine. أما Everledger، وهي شركة ناشئة مبكّرة في المنشأ، فقد وُضعت تحت الإدارة القضائية في 2023.

وبلغت العملة المشفّرة قمة السوق في 9 يوليو 2021، حين باعت Sotheby's في هونغ كونغ The Key 10138، وهي ألماسة كمثرية بلون D تزن 101.38 ct، بمبلغ US$12.3 مليون بعملة مشفّرة. والترميز يقسّم ملكية الأحجار المخزّنة إلى وحدات رقمية: فـDiamond Standard تصدر عملات وقضبانًا تحمل أحجار ألماس موثّقة، تُسجَّل على Hedera. وقيمتها تتوقف على الحفظ والتدقيق والتنظيم، لا على الدفتر وحده.

وينصح GIA المشترين عبر الإنترنت بالتحقق من مناظر 360° وسياسات الإرجاع. وقد اشترت Signet Jewelers شركة Blue Nile بمبلغ US$360 مليون في 2022؛ وقال تقريرها السنوي في مارس 2026 إنها ستوقف موقع jamesallen.com، ويسجّل تقريرها الفصلي في سبتمبر 2026 أن James Allen صارت مجموعة داخل موقع Blue Nile في مايو 2026، مع تخفيضات في قيمة المخزون قدرها 31.3 مليون دولار.