प्रौद्योगिकी

औद्योगिक हीरा रूप के बजाय प्रदर्शन के लिए चुना जाता है, और उसका लगभग सारा हिस्सा कारख़ानों में बनता है। US Geological Survey बताता है कि 2025 में वैश्विक औद्योगिक हीरा उत्पादन तथा खपत का 99% से अधिक कृत्रिम माल था, और दुनिया भर का उत्पादन 15 अरब कैरेट से ऊपर रहा। उत्पादन में चीन सबसे आगे है, उसके बाद संयुक्त राज्य अमेरिका और रूस; तीनों मिलकर कृत्रिम उत्पादन का लगभग 99% देते हैं।

यह उद्योग General Electric में शुरू हुआ, जहाँ Tracy Hall ने 16 दिसंबर 1954 को अपने “belt” प्रेस में, यानी उस उच्च दाब, उच्च ताप (HPHT) उपकरण में जो पिघले लोहे के उत्प्रेरक से ग्रैफ़ाइट को हीरे में बदलता है, दोहराया जा सकने वाला संश्लेषण किया। GE ने इसकी घोषणा फ़रवरी 1955 में की।

अधिकांश औद्योगिक हीरा अपघर्षक के रूप में काम आता है: घिसाई के पहियों में बँधा कण, कंक्रीट तथा पत्थर के लिए आरे के खंड, तार-आरे और पॉलिश के चूर्ण। छेदन दूसरा बड़ा उपयोग है। GE ने 1971 में बहुक्रिस्टलीय हीरा संहत (polycrystalline diamond compact, PDC) का आविष्कार किया, जो टंगस्टन कार्बाइड से जुड़ी सिंटर किए हीरे की परत है, और 1976 में PDC कटर बेचना शुरू किया। International Association of Drilling Contractors की पत्रिका Drilling Contractor में Baker Hughes के एक अभियंता के 2015 के इतिहास ने बताया कि तेल तथा गैस के कुओं में दुनिया भर की 90% से अधिक गहराई PDC बिट छेदते हैं; Sandia National Laboratories की 2010 की एक रिपोर्ट अधिक सावधानी से कहती है कि PDC ड्रैग बिट तेल तथा गैस के छेदन पर हावी हैं। हीरे की नोक वाले औज़ार एल्युमिनियम मिश्र धातुओं, कंपोज़िट तथा सिरैमिक की मशीनिंग भी करते हैं, पर इस्पात पर वे जल्दी घिसते हैं क्योंकि गर्म लोहा कार्बन को घोल लेता है।

हीरे में ऐसे गुण मिलते हैं जो साथ-साथ कम ही आते हैं। उच्च शुद्धता वाला एकल-क्रिस्टल हीरा कमरे के ताप पर 2,000 W/m·K से अधिक पर ऊष्मा चलाता है, यानी ताँबे से मोटे तौर पर पाँच गुना बेहतर, फिर भी वह विद्युत का कुचालक है, जिसका बैंड गैप (वह ऊर्जा जो किसी इलेक्ट्रॉन को धारा ले जाने के लिए मुक्त करने में लगती है) 5.47 eV है, जबकि सिलिकॉन का 1.12 eV।

ऊष्मा प्रसारक (heat spreader) के रूप में हीरे की पतली पट्टिका किसी गर्म चिप के नीचे बैठती है और ऊष्मा को जमा होने से पहले बग़ल में फैला देती है। गैलियम नाइट्राइड (GaN) के रेडियो-आवृत्ति प्रवर्धक और उच्च शक्ति के लेज़र डायोड इसके आम उपयोक्ता हैं। Element Six और जापान की Orbray ने जून 2024 में वेफ़र-पैमाने के एकल-क्रिस्टल हीरे की साझेदारी शुरू की, जब Orbray 55 mm तक चौड़ा माल उगा चुकी थी; जून 2026 में उन्होंने 3-इंच सब्सट्रेट की दोहराई जा सकने वाली प्रक्रिया बताई, जबकि 4-इंच पर काम चल रहा है।

अर्धचालक के रूप में हीरा सिद्धांततः सिलिकॉन कार्बाइड या GaN से अधिक वोल्टता तथा ताप सँभाल सकता है। बोरॉन की मिलावट उसे p-प्रकार बनाती है, पर कोई उथला दाता नहीं है: फ़ॉस्फ़ोरस चालन बैंड से 0.6 eV नीचे बैठता है, जबकि बोरॉन के ग्राही 0.37 eV पर, इसलिए n-प्रकार की मिलावट को सीमित सफलता मिली है, और कम दोष वाले बड़े वेफ़र उगाना कठिन बना हुआ है। हीरे के ट्रांज़िस्टर अब भी प्रयोगशाला तथा पायलट पैमाने पर हैं।

खिड़की के रूप में, रासायनिक वाष्प निक्षेपण (CVD) से उगाया हीरा पराबैंगनी में लगभग 225 nm से लेकर दूर अवरक्त तथा सूक्ष्मतरंगों तक संचारित करता है, जिसमें 2.5 और 6.5 µm के बीच कमज़ोर अवशोषण पट्टियाँ हैं। वह कार्बन डाइऑक्साइड लेज़र की खिड़कियों, सिंक्रोट्रॉन X-रे बीमलाइनों और उच्च शक्ति की सूक्ष्मतरंग प्रणालियों में काम आता है।

नाइट्रोजन-रिक्ति (nitrogen-vacancy, NV) केंद्र एक बिंदु दोष है जिसमें एक नाइट्रोजन परमाणु एक कार्बन परमाणु की जगह ले लेता है और जालक के एक ख़ाली स्थान के बग़ल में बैठता है। अपने ऋणावेशित रूप में इस दोष की मूल अवस्था स्पिन त्रिक होती है: तीन चुंबकीय उप-स्तर, जिनमें से दो क्षेत्र न लगाने पर तीसरे से लगभग 2.87 GHz ऊपर रहते हैं। हरा लेज़र प्रकाश इस केंद्र को उत्तेजित करता है, और उसकी लाल प्रतिदीप्ति (637 nm पर शून्य-फ़ोनॉन रेखा) की चटक स्पिन अवस्था पर निर्भर करती है। इसलिए एक अकेले क्वांटम स्पिन को प्रकाशीय सूक्ष्मदर्शी तथा सूक्ष्मतरंगों से पढ़ा जा सकता है, और इस तकनीक को प्रकाशीय रूप से पहचाना गया चुंबकीय अनुनाद कहते हैं।

बहुत शुद्ध हीरे में यह स्पिन कमरे के ताप पर मिलीसेकंड तक अपनी संसक्ति बनाए रखता है, जो ठोस-अवस्था क्यूबिटों में असामान्य है। चुंबकीय क्षेत्र, विद्युत क्षेत्र, विकृति और ताप, सभी इस अनुनाद को खिसकाते हैं। NIST बताता है कि हवा में और कमरे के ताप पर, कुछ दसियों नैनोमीटर के पैमानों पर चुंबकीय क्षेत्र की पहचान नैनोटेस्ला प्रति वर्गमूल हर्ट्ज़ तक जाती है।

2015 में Delft University of Technology के भौतिकविदों ने 1.3 km दूर रखे दो हीरों में इलेक्ट्रॉन स्पिनों को उलझाया और पहले छिद्र-रहित Bell परीक्षणों में से एक किया। हार्डवेयर भौतिकी के पीछे-पीछे आया: 31 मई 2022 को पर्थ के Pawsey Supercomputing Research Centre ने Quantum Brilliance की एक युक्ति लगाई, जिसे उसने किसी सुपरकंप्यूटिंग सुविधा में मौजूद दुनिया का पहला कमरे-के-ताप वाला हीरा-आधारित क्वांटम कंप्यूटर बताया। क्वांटम श्रेणी का हीरा खोदा नहीं जाता, गढ़ा जाता है, यानी CVD से उगाया जाता है जिसमें नाइट्रोजन नपी हुई मात्रा में मिलाया जाता है।

हीरा निहाई कोशिका (diamond anvil cell, DAC) किसी नमूने को रत्न-गुणवत्ता वाले दो हीरों की चपटी नोकों के बीच दबाती है। निहाइयों का वज़न आम तौर पर 1/8 और 1/3 ct के बीच होता है, और उनकी पॉलिश की हुई नोकें, जिन्हें क्यूलेट कहते हैं, आम तौर पर 100–250 µm चौड़ी होती हैं। चूँकि थोड़ा बल बहुत छोटे क्षेत्र पर लगता है, दाब विशाल हो जाता है। ड्रिल से छेद किया धातु का एक पतला गैसकेट नमूने को थामे रखता है।

यह कोशिका 1958 में US National Bureau of Standards (NBS) में Charles Weir, Alvin Van Valkenburg, Ellis Lippincott तथा E. N. Bunting ने विकसित की, और स्वतंत्र रूप से University of Chicago में भी। हीरे की पारदर्शिता ने इस डिज़ाइन को काम का बनाया: अवरक्त प्रकाश, दृश्य प्रकाश और X-रे निहाइयों से पार निकल जाते हैं, इसलिए नमूने को दाब में रहते हुए नापा जा सकता है और साथ ही लेज़र से गर्म भी किया जा सकता है।

दाब का मापक रत्नविज्ञान ने दिया। 1972 में NBS के शोधकर्ताओं ने माणिक की तीखी लाल प्रतिदीप्ति रेखाओं पर आधारित एक विधि प्रकाशित की, जो दाब बढ़ने के साथ लगातार लंबी तरंगदैर्घ्य की ओर खिसकती हैं, इसलिए नमूने के बग़ल में रखा माणिक का एक कण दाबमापी का काम करता है। कोशिकाएँ 1975 में 100 GPa पार कर गईं और अब पृथ्वी के केंद्र के लगभग 360 GPa तक पहुँचती हैं, जबकि विशेष दो-चरणीय निहाइयों ने 2012 में 600 GPa से ऊपर बताया, और उसी समूह ने बाद में 2015 में 750 GPa से ऊपर और 2016 में 1 TPa से आगे बताया, जो आँकड़े विवादित बने हुए हैं। DAC के प्रयोग ग्रहों के भीतरी भाग के प्रतिरूपों और उच्च दाब की प्रावस्थाओं की खोज को आधार देते हैं, सघन बर्फ़ तथा नाइट्रोजन से लेकर अतिचालक हाइड्राइडों तक।

कृत्रिम नीलम एकल-क्रिस्टल एल्युमिनियम ऑक्साइड है, जो रासायनिक रूप से प्राकृतिक कोरंडम जैसा ही है पर उद्योग के लिए रंगहीन और बड़े बूल के रूप में उगाया जाता है। निर्माता Kyropoulos और Czochralski जैसी गलन-वृद्धि विधियाँ बरतते हैं, जो पिघली एल्युमिना से बड़ा क्रिस्टल ठंडा करके या खींचकर निकालती हैं, जबकि पुरानी Verneuil ज्वाला-संगलन प्रक्रिया आज भी छोटे पुर्जे तथा रत्न रफ देती है।

मोह्स पैमाने पर 9 पर नीलम हीरे और कुछ दूसरे अति-कठोर पदार्थों को छोड़कर लगभग हर चीज़ की खरोंच झेल लेता है। घड़ी के क्रिस्टल (डायल पर चढ़ा पारदर्शी आवरण) इसका जाना-पहचाना उपयोग हैं: Rolex, Submariner पर खरोंच-रोधी नीलम क्रिस्टल बताता है, और Apple, Apple Watch Ultra 3 पर सपाट नीलम क्रिस्टल डिस्प्ले तथा iPhone 17 Pro के कैमरों पर नीलम क्रिस्टल लेंस आवरण गिनाता है। नीलम की फ़ोन स्क्रीनें बड़े पैमाने पर बनाना कठिन सिद्ध हुआ: GT Advanced Technologies, जिसने Apple को आपूर्ति के लिए नीलम का कारख़ाना खड़ा किया था, अक्तूबर 2014 में दिवालिया हुई।

सबसे बड़ा औद्योगिक उपयोग सब्सट्रेट के रूप में है, यानी वह वेफ़र जिस पर दूसरे क्रिस्टल उगाए जाते हैं। 1986 में Isamu Akasaki और Hiroshi Amano ने पहले एल्युमिनियम नाइट्राइड की बफ़र परत जमाकर नीलम पर उच्च गुणवत्ता का गैलियम नाइट्राइड उगाया, और 1993 में Shuji Nakamura ने GaN आधारित चटकीले नीले LED बनाए। तीनों ने 2014 का भौतिकी का नोबेल पुरस्कार साझा किया। फ़ॉस्फ़र चढ़ी नीली LED चिपें अधिकांश सफ़ेद LED प्रकाश देती हैं, और 2016 की एक समीक्षा बताती है कि उनके लिए नीलम आज भी सबसे लोकप्रिय व्यावसायिक सब्सट्रेट है। यह पदार्थ अवरक्त संवेदकों की खिड़कियों का काम भी करता है।

16 मई 1960 को कैलिफ़ोर्निया के Malibu स्थित Hughes Research Laboratories में Irnee D'Haenens तथा Charles Asawa के साथ काम करते हुए Theodore Maiman ने पहला लेज़र चलाया। उसका गेन माध्यम कृत्रिम गुलाबी माणिक की एक छोटी छड़ थी, लगभग 1 × 2 cm की, जिसके सिरों पर चाँदी चढ़ी थी और चारों ओर कुंडलीदार फ़्लैश लैंप था। क्रोमियम आयनों (Cr³⁺) ने, यानी उसी अशुद्धि ने जो रत्न माणिक को रंग देती है, फ़्लैश सोखा और 694.3 nm पर संसक्त लाल प्रकाश छोड़ा। Hughes ने इस परिणाम की घोषणा 7 जुलाई 1960 की एक पत्रकार वार्ता में की, और Maiman का शोधपत्र 6 अगस्त को Nature में छपा। दूसरे पदार्थों ने जल्दी ही अधिकांश कामों में माणिक की जगह ले ली, पर माणिक की प्रतिदीप्ति हीरा निहाई कोशिकाओं में आज भी दाब का मानक मापक है।

क्वार्ट्ज़ लगभग हर इलेक्ट्रॉनिक युक्ति में काम करता है। वह दाब-विद्युत है, और यह प्रभाव Jacques तथा Pierre Curie ने 1880 में खोजा था: क्रिस्टल को दबाने पर वोल्टता बनती है, और वोल्टता उसे विकृत करती है। इसलिए क्वार्ट्ज़ की पतली पट्टिका या स्वरित्र द्विभुज किसी परिपथ में बहुत स्थिर आवृत्ति पर कंपन करता है। Warren Marrison ने पहली क्वार्ट्ज़ घड़ी 1927 में Bell Telephone Laboratories में बनाई और अगले वर्ष एक बेहतर आवृत्ति मानक, जिसे उस फ़रवरी में Horton तथा Marrison ने Proceedings of the IRE में प्रकाशित किया। Seiko ने पहली क्वार्ट्ज़ कलाई घड़ी, Astron, 25 दिसंबर 1969 को बेची; उसका क्रिस्टल 8,192 Hz पर चलता था और महीने में लगभग पाँच सेकंड की शुद्धता रखता था। अधिकांश घड़ियाँ अब 32,768 Hz के क्रिस्टल (प्रति सेकंड 2¹⁵) बरतती हैं, और व्यावसायिक दोलित्र खोदे गए क्रिस्टल के बजाय हाइड्रोथर्मल विधि से उगाया क्वार्ट्ज़ बरतते हैं।

स्वचालन अब वसूली संयंत्र से लेकर ग्रेडिंग बेंच तक पहुँच गया है। खदानों पर X-रे पारगमन (XRT) छँटाई यंत्र कुचले अयस्क का प्रतिबिंब लेते हैं, परमाणु घनत्व के अंतर से हीरे को चट्टान से अलग पहचानते हैं, और हवा के झोंकों से हीरे बाहर निकाल देते हैं। बड़े पत्थरों को जल्दी निकाल लेने से यह जोखिम घटता है कि वे आगे की पिसाई में टूट जाएँ। बोत्सवाना में Lucara की Karowe खदान ने 2017 में TOMRA के XRT छँटाई यंत्र लगाए और अगस्त 2024 में Motswedi निकाला, जिसे TOMRA 2,492 ct पर अब तक का दूसरा सबसे बड़ा हीरा बताता है; Lucara दिसंबर 2024 से 2,488 ct देती आई है।

रफ की योजना में Sarine की Galaxy जैसी इंक्लूजन-मानचित्रण प्रणालियाँ पत्थर और उसके दोषों का त्रिविम प्रतिरूप बनाती हैं। फिर योजना बनाने वाला सॉफ़्टवेयर ऐसे पॉलिश आकार सुझाता है जो उपज (कटाई के बाद बचा वज़न) और हर विकल्प से मिलने वाले ग्रेडों के बीच संतुलन बिठाएँ।

ग्रेडिंग सबसे नया लक्ष्य है। 27 जुलाई 2020 को GIA ने घोषणा की कि उसने हीरे की क्लैरिटी की ग्रेडिंग एक कृत्रिम बुद्धि प्रणाली से शुरू कर दी है, जिसे IBM Research ने बनाया और जिसे GIA के उपकरणों के आँकड़ों तथा उसके ग्रेडरों द्वारा जाँचे गए करोड़ों हीरों पर प्रशिक्षित किया गया। GIA के Tom Moses ने कहा कि लक्ष्य एकरूपता, सटीकता और गति है। यह प्रणाली GIA की न्यूयॉर्क तथा Carlsbad प्रयोगशालाओं में सीमित रूप से काम में थी, और GIA ने कहा कि वह उसे और आकारों, रूपों तथा गुणवत्ताओं तक फैलाएगा। Sarine ऐसी युक्तियाँ तथा सॉफ़्टवेयर बेचती है जो रंग, क्लैरिटी और कट की ग्रेडिंग अपने आप करते हैं। ऐसी प्रणालियाँ वही नियम और प्रशिक्षण-आँकड़े लगाती हैं जिन पर वे बनी हैं, इसलिए उनके परिणाम उतने ही एकरूप होते हैं जितने वे संदर्भ।

डिजिटल ट्विन (digital twin) किसी एक पत्थर का डेटा अभिलेख है, जो स्कैन, छायाचित्र, वज़न और ग्रेडिंग परिणामों से बनता है, और कभी-कभी रफ अवस्था से ही शुरू होता है ताकि पॉलिश रत्न को उसके स्रोत से मिलाया जा सके। De Beers ने अपना Tracr ब्लॉकचेन मंच 2018 में पेश किया और 2022 में उसे बड़े पैमाने पर शुरू किया। 2025 तक उसने स्रोत पर तीस लाख से अधिक हीरे पंजीकृत बताए, जिनमें एक कैरेट से ऊपर के पत्थरों के लिए उद्गम-देश का आँकड़ा भी था, और वह उपयोक्ताओं से Responsible Jewellery Council का सदस्य होने की अपेक्षा करता है। ब्लॉकचेन अभिलेखों को लिखे जाने के बाद बदलना कठिन बनाता है, पर यह सिद्ध नहीं कर सकता कि पहली प्रविष्टि सच थी, और इसीलिए Tracr अपने बही-खाते के साथ Sarine के स्कैन आँकड़े जोड़ता है। उद्गम पर काम करने वाला आरंभिक स्टार्ट-अप Everledger 2023 में प्रशासन में चला गया।

क्रिप्टोमुद्रा 9 जुलाई 2021 को बाज़ार के शिखर तक पहुँची, जब Sotheby's हांगकांग ने The Key 10138, यानी 101.38 ct का D रंग का नाशपाती आकार का हीरा, US$12.3 मिलियन में क्रिप्टो में बेचा। टोकनीकरण भंडार में रखे पत्थरों के स्वामित्व को डिजिटल इकाइयों में बाँटता है: Diamond Standard ऐसे सिक्के तथा बार जारी करती है जिनमें प्रमाणित हीरे होते हैं और जिनका लेखा Hedera पर रहता है। उनका मूल्य अभिरक्षा, लेखा-परीक्षा और नियमन पर निर्भर करता है, अकेले बही-खाते पर नहीं।

GIA ऑनलाइन ख़रीदारों को 360° दृश्य और वापसी की नीति जाँचने की सलाह देता है। Signet Jewelers ने 2022 में Blue Nile को US$360 मिलियन में ख़रीदा; उसकी मार्च 2026 की वार्षिक रिपोर्ट में कहा गया कि वह jamesallen.com को बंद करेगी, और उसकी सितंबर 2026 की तिमाही रिपोर्ट दर्ज करती है कि James Allen मई 2026 में Blue Nile की साइट के भीतर एक संग्रह बन गया, जिसमें माल के मूल्य में $31.3 मिलियन की कटौती लिखी गई।