प्रौद्योगिकी

औद्योगिक हीरा वह हीरा है जो 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 हिस्सा कृत्रिम पदार्थ था, और निर्मित औद्योगिक हीरे का विश्व उत्पादन 15 अरब कैरेट से ऊपर रहा। चीन सबसे बड़ा उत्पादक है, उसके बाद संयुक्त राज्य अमेरिका और रूस, और ये तीनों मिलकर कृत्रिम उत्पादन का लगभग 99% हिस्सा रखते हैं।

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

अधिकांश औद्योगिक हीरा अपघर्षक (abrasive) के रूप में काम आता है: घिसाई के पहियों में बँधे कण, कंक्रीट तथा पत्थर के लिए आरी के खंड, तार आरियाँ और पॉलिश के चूर्ण। ड्रिलिंग 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 एक परत है, और 1976 से PDC कटर बेचने लगी। Baker Hughes के एक अभियंता के 2015 के इतिहास ने बताया कि तेल तथा गैस के कुओं में दुनिया भर की 90% से अधिक खुदाई PDC बिट करते हैं। हीरे की नोक वाले औज़ार एल्युमिनियम मिश्रातुओं, संयुक्त पदार्थों और सिरैमिक को भी काटते हैं, पर इस्पात पर वे जल्दी घिस जाते हैं क्योंकि गरम 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 रोधी है और उसका 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। ये दो अंक ही उसकी मुख्य उच्च-प्रौद्योगिकी भूमिकाएँ समझा देते हैं।

ऊष्मा प्रसारक (heat spreader) के रूप में हीरे की एक पतली पट्टिका गरम चिप के नीचे बैठती है और ऊष्मा को जमा होने से पहले बग़ल में ले जाती है। गैलियम नाइट्राइड (GaN) के रेडियो-आवृत्ति प्रवर्धक और उच्च शक्ति वाले लेज़र डायोड इसके सामान्य उपयोगकर्ता हैं। Element Six और जापानी कंपनी Orbray ने जून 2024 में वेफ़र-स्तर के एकल-क्रिस्टल हीरे की साझेदारी शुरू की, जब Orbray 55 mm तक चौड़ा एकल-क्रिस्टल पदार्थ उगा चुकी थी; जून 2026 में उन्होंने कहा कि 3-इंच सब्सट्रेट के लिए दोहराई जा सकने वाली प्रक्रिया तैयार है और 4-इंच सब्सट्रेट विकास में हैं।

अर्धचालक के रूप में हीरा सिद्धांततः सिलिकॉन कार्बाइड या GaN से ऊँचे वोल्टेज तथा ताप सँभाल सकता है। बोरॉन का मिश्रण उसे p-प्रकार बना देता है, पर कुशल n-प्रकार डोपिंग और कम दोष वाले बड़े वेफ़र अब भी शोध की समस्याएँ हैं, इसलिए हीरे के ट्रांजिस्टर 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 प्रकाश पार जाने देता है, और 2.5 से 6.5 µm के बीच केवल कमज़ोर अवशोषण पट्टियाँ हैं। वह कार्बन डाइऑक्साइड लेज़रों, सिंक्रोट्रॉन X-रे बीमलाइनों और उच्च शक्ति वाली सूक्ष्मतरंग प्रणालियों की खिड़कियों 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 बिना क्षेत्र लगाए 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 ज़ीरो-फ़ोनॉन रेखा) की चमक स्पिन अवस्था पर निर्भर करती है। इसलिए एक अकेला क्वांटम स्पिन प्रकाशीय सूक्ष्मदर्शी और सूक्ष्मतरंगों से पढ़ा जा सकता है, और इस तकनीक को प्रकाशिक रूप से संसूचित 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 खिसका देते हैं। NIST बताता है कि हवा में और कमरे के ताप पर, कुछ दसियों नैनोमीटर के पैमाने पर, चुंबकीय क्षेत्र की संसूचन क्षमता 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 कुछ खामी-रहित Bell परीक्षणों में से एक किया। हार्डवेयर भौतिकी के पीछे-पीछे आया: 2022 में पर्थ के Pawsey Supercomputing Research Centre ने Quantum Brilliance का बनाया कमरे के ताप पर चलने वाला हीरा क्वांटम त्वरक लगाया। क्वांटम श्रेणी का हीरा खोदा नहीं, गढ़ा जाता है, जो नियंत्रित मात्रा में नाइट्रोजन मिलाकर CVD से उगाया 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 कुलेट कहते हैं, प्रायः 100–250 µm चौड़ी होती हैं। चूँकि एक साधारण बल बहुत छोटे क्षेत्र पर लगता है, उनके बीच का दाब विशाल हो जाता है। छेद वाली धातु की एक पतली गैस्केट नमूने को थामे रहती है।

यह कोशिका 1958 में अमेरिकी National Bureau of Standards (NBS) में Charles Weir, Alvin Van Valkenburg, Ellis Lippincott और E. N. Bunting ने विकसित की, और स्वतंत्र रूप से University of Chicago में भी। इस डिज़ाइन को हीरे की पारदर्शिता ने चलाया: अवरक्त प्रकाश, दृश्य प्रकाश और X-रे निहाइयों से पार निकल जाते हैं, इसलिए वैज्ञानिक नमूने को दाब में रहते हुए ही नाप सकते हैं, और लेज़र उसी समय उसे गरम कर सकते हैं।

दाब मापने का यंत्र रत्नविज्ञान ने दिया। 1972 में NBS के शोधकर्ताओं ने माणिक की तीखी लाल प्रतिदीप्ति रेखाओं पर आधारित एक विधि प्रकाशित की, जो दाब बढ़ने पर लगातार लंबी तरंगदैर्घ्य की ओर खिसकती हैं, इसलिए नमूने के बग़ल में रखा माणिक का एक कण मैनोमीटर का काम करता है। कोशिकाएँ 1975 में 100 GPa पार कर गईं और अब पृथ्वी के केंद्र के मोटे तौर पर 360 GPa तक पहुँचती हैं, जबकि विशेष दोहरे-चरण की निहाइयों ने 2012 में 600 GPa से ऊपर के दाब बताए। DAC के प्रयोग ग्रहों के भीतरी भागों के प्रतिरूपों और नए उच्च-दाब प्रावस्थाओं की खोज को आधार देते हैं, बर्फ़ तथा नाइट्रोजन के सघन रूपों 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 पिघलाव-वृद्धि विधियाँ काम में लेते हैं, जो पिघले एल्युमिना से बड़ा क्रिस्टल ठंडा करती या खींचती हैं, जबकि पुरानी Verneuil ज्वाला-संलयन प्रक्रिया अब भी छोटे पुर्ज़े और रत्न रफ देती है।

मोह्स पैमाने पर 9 पर होने के कारण नीलम हीरे और कुछ दूसरे अति-कठोर पदार्थों को छोड़कर लगभग हर चीज़ की खरोंच सह लेता है। अधिकांश विलासिता घड़ियों में नीलम का क्रिस्टल (डायल के ऊपर का पारदर्शी आवरण) लगता है। Apple अपने Apple Watch Ultra 3 पर चपटा नीलम क्रिस्टल डिस्प्ले और iPhone 17 Pro के कैमरों पर नीलम क्रिस्टल लेंस आवरण गिनाती है। नीलम की फ़ोन स्क्रीन बड़े पैमाने पर बनाना कठिन निकला: GT Advanced Technologies, जिसने Apple को आपूर्ति के लिए नीलम का संचालन खड़ा किया था, अक्तूबर 2014 में दिवालिया घोषित हुई।

सबसे बड़ा औद्योगिक उपयोग सब्सट्रेट (substrate) 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 चमकीली नीली LED बनाईं। तीनों ने 2014 का भौतिकी का Nobel Prize साझा किया। फ़ॉस्फ़र से लिपी नीली LED चिप ही अधिकांश सफ़ेद LED प्रकाश देती हैं, और उनमें से अधिकांश चिप अब भी नीलम पर उगाई जाती हैं। यह पदार्थ अवरक्त संवेदकों तथा बारकोड स्कैनरों 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, जिसके सिरों पर चाँदी चढ़ी थी और चारों ओर एक कुंडलीदार फ़्लैश लैंप था। क्रोमियम आयनों (Cr³⁺) ने, यानी उसी अशुद्धि ने जो रत्न माणिक को रंग देती है, फ़्लैश को सोख लिया और 694.3 nm पर संसक्त लाल प्रकाश उत्सर्जित किया। Hughes ने 7 जुलाई 1960 को न्यूयॉर्क में एक संवाददाता सम्मेलन में यह परिणाम घोषित किया, और Maiman का छोटा शोधपत्र 6 अगस्त को Nature में छपा। दूसरे लेज़र पदार्थों ने जल्दी ही अधिकांश कामों में माणिक की जगह ले ली, पर हीरा निहाई कोशिकाओं में माणिक की प्रतिदीप्ति आज भी मानक दाब मापक है।

क्वार्ट्ज़ लगभग हर इलेक्ट्रॉनिक उपकरण में काम करता है। वह दाबविद्युत (piezoelectric) है, यानी वह प्रभाव जिसे Jacques और Pierre Curie ने 1880 में खोजा: क्रिस्टल को दबाने से वोल्टता पैदा होती है, और वोल्टता उसे विकृत कर देती है। इसलिए क्वार्ट्ज़ की एक पतली पट्टिका या नन्हा स्वरित्र द्विभुज परिपथ में जुड़ने पर बहुत स्थिर आवृत्ति पर कंपन करता है। Warren Marrison और J. W. Horton ने पहली क्वार्ट्ज़ घड़ी 1927 में Bell Telephone Laboratories में बनाई। Seiko ने पहली क्वार्ट्ज़ कलाई घड़ी, Astron, 25 दिसंबर 1969 को बेची; उसका क्रिस्टल 8,192 Hz पर चलता था और महीने भर में लगभग पाँच सेकंड का अंतर रखता था। अधिकांश घड़ियाँ अब 32,768 Hz के क्रिस्टल (प्रति सेकंड 2¹⁵ कंपन) काम में लेती हैं, और व्यावसायिक दोलक खोदे गए क्रिस्टल के बजाय ऑटोक्लेव में जलतापीय ढंग से उगाया क्वार्ट्ज़ काम में लेते हैं।

स्वचालन अब वसूली संयंत्र से लेकर ग्रेडिंग बेंच तक पहुँच गया है। खदानों पर X-रे पारगमन (XRT) छँटाई यंत्र कुचले अयस्क का X-रे स्रोत से गुज़रते समय प्रतिबिंब लेते हैं, परमाणु घनत्व के अंतर से हीरे को आसपास की चट्टान से अलग पहचानते हैं, और हवा के झोंकों से हीरों को बाहर फेंक देते हैं। चूँकि XRT बड़े पत्थरों को प्रसंस्करण के आरंभ में ही बचा लेता है, वह इस जोखिम को घटाता है कि वे बाद की कुचाई में टूट जाएँ। बोत्सवाना में Lucara की Karowe खदान ने 2017 में TOMRA के XRT छँटाई यंत्र लगाए और अगस्त 2024 में 2,492 ct का हीरा निकाला, जिसे TOMRA अभिलेख में दर्ज दूसरा सबसे बड़ा हीरा बताती है।

रफ की योजना बनाने में Sarine की Galaxy जैसी इंक्लूजन-मानचित्रण स्कैनर प्रणालियाँ पत्थर और उसके भीतरी दोषों का त्रिविमीय प्रतिरूप बनाती हैं। फिर योजना 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 बुद्धिमत्ता प्रणाली से शुरू कर दी है, जिसे IBM Research ने बनाया और GIA के हार्डवेयर डेटा तथा उसके अपने ग्रेडरों द्वारा जाँचे गए दसियों मिलियन हीरों पर प्रशिक्षित किया। यह प्रणाली GIA की न्यूयॉर्क तथा Carlsbad प्रयोगशालाओं में सीमित रूप से काम में थी, और GIA ने कहा कि उसे और मापों, आकारों तथा गुणवत्ताओं तक बढ़ाया जाएगा। Sarine ऐसे प्रतिबिंबन उपकरण और सॉफ़्टवेयर बेचती है जो रंग, क्लैरिटी और कट की ग्रेडिंग स्वयं करते हैं। ऐसी प्रणालियाँ उन्हीं ग्रेडिंग नियमों और प्रशिक्षण डेटा को लागू करती हैं जिन पर वे बनी हैं, इसलिए उनके परिणाम उतने ही एकरूप हैं जितने वे संदर्भ।

डिजिटल ट्विन (digital twin) किसी एक विशेष 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 कंपनी ने स्रोत पर तीन मिलियन से अधिक हीरे पंजीकृत बताए, जिनमें एक कैरेट से ऊपर के हीरों के लिए उद्गम देश का डेटा था, और वह उपयोगकर्ताओं से Responsible Jewellery Council का सदस्य होने की अपेक्षा करती है। ब्लॉकचेन अभिलेखों को लिखे जाने के बाद बदलना कठिन बना देता है, पर यह सिद्ध नहीं कर सकता कि पहली प्रविष्टि सच थी, और इसीलिए Tracr अपनी बही के साथ Sarine का स्कैन डेटा जोड़ता है। ब्लॉकचेन उद्गम की एक आरंभिक स्टार्ट-अप Everledger 2023 में प्रशासन में चली गई।

क्रिप्टोकरेंसी बाज़ार के शीर्ष तक 9 जुलाई 2021 को 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 बेचा, जिसका भुगतान क्रिप्टो में हुआ। टोकनीकरण भंडारित पत्थरों के स्वामित्व को डिजिटल इकाइयों में बाँट देता है। उदाहरण के लिए Diamond Standard प्रमाणित हीरे रखने वाले सिक्के तथा छड़ें जारी करती है और उन्हें Hedera नेटवर्क पर दर्ज करती है। ऐसे टोकनों का मूल्य अभिरक्षा, अंकेक्षण और नियमन पर निर्भर करता है, अकेली बही पर नहीं।

ऑनलाइन खरीदारों के लिए GIA की सलाह है कि 360° दृश्य देखे जाएँ और वापसी की नीतियाँ पक्की की जाएँ। Signet Jewelers ने 2022 में Blue Nile को US$360 मिलियन में खरीदा और मार्च 2026 में घोषणा की कि वह अपनी James Allen साइट को Blue Nile में मिला देगी।