Bí mật của kim cương

July 28, 2008          

Hơn một tỷ năm trước, ở sâu dưới lòng đất, sức nóng khủng khiếp cùng với áp suất cực cao đã tôi luyện nên những hạt kim cương mà người ta khai thác ngày nay. Các hạt này theo nham thạch núi lửa dần lên gần bề mặt trái đất. Sau mỗi trận phun nham thạch như thế, núi lửa để lại một hình trụ bằng đá có hình dáng tựa củ cà rốt gọi là kimberlite, trong ruột của nó nạm đầy kim cương, ngọc hồng lựu cùng vô số các thứ đá quý khác.

Chữ "diamon" - kim cương - bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp cổ, "adamas", có nghĩa là vô song. Người Ấn Độ từng khai thác kim cương và sử dụng trên những biểu tượng tôn giáo cách đây ít nhất 2.500 năm. Người La Mã thuộc thế kỷ thứ nhất cũng đã biết dùng nó này để khắc những đồ trang sức đá chạm.

Hình: Corbis.

Trải qua các thời đại, kim cương được coi là vật huyền bí tượng trưng cho quyền uy và sự giàu sang. Vào thế kỷ thứ 16, viên kim cương 109 carat có tên Koh-I-Noor tìm được ở mỏ Kollur, miền nam Ấn Độ, được đánh giá là vật quý báu nhất của toàn bán lục địa Ấn Độ. Nước Anh chiếm được Koh-I-Noor năm 1849 khi hai xứ Lahore và Punjab trở thành thành viên của đế quốc Anh. Viên kim cương này nay đang nằm ở tháp Luân Đôn, chính là viên ngọc nằm ngay giữa vương miện làm riêng cho nữ hoàng Elizabeth vào năm 1937.

Sự phổ biến của kim cương tăng lên ở thế kỷ 19, khi kỹ thuật đánh bóng và cắt đã đạt đến trình độ khá cao. Các nhà kim hoàn bắt đầu những chiến dịch quảng cáo rầm rộ.

Cái quý của kim cương không đơn thuần ở vẻ đẹp mà còn ở độ cứng, độ trơ, khả năng khúc xạ, phản xạ ánh sáng. Bởi thế, nếu ở thời cổ đại, người ta chỉ sử dụng nó làm đồ trang sức thì hiện nay, kim cương còn có mặt trong các thiết bị kỹ thuật ngành cơ khí, điện tử, vũ trụ...

Ở dạng thô, kim cương không đẹp và ít chiết quang, nhưng sau khi được cắt, nó mang một vẻ đẹp riêng không gì sánh nổi. Có vô số cách cắt được nghĩ ra từ xưa đến nay như cắt “tròn”, “bánh mì” (hạt dưa), “vuông”, “trái tim”, “hoa hồng”. Một viên kim cương được cắt tốt khi nhìn từ trên xuống phải có màu trắng. Nếu được cắt không tốt, khi nhìn từ trên cao xuống sẽ thấy màu đen ở chính giữa và đôi khi có một cái bóng ở đỉnh viên.

Quá trình cắt làm tăng giá trị của nó do làm tăng độ trong và tôn lên màu sắc, dù khối lượng giảm hơn 30%. Một cấu trúc tinh thể nguyên chất sẽ làm cho viên kim cương trở thành không màu. Tuy nhiên, hầu hết những viên kim cương đều không hoàn hảo. Màu sắc có thể tăng hay giảm giá trị của viên đá. Những đốm nhỏ màu vàng sẽ làm giảm giá trị kim cương đi rất nhiều trong khi màu hồng hay xanh dương (như viên kim cương Hope) sẽ làm nó trở nên quý giá hơn.

Tạp chất thường gặp nhất trong kim cương là nitơ. Một phần nhỏ nitơ trong tinh thể kim cương sẽ làm cho nó có màu vàng, thậm chí màu nâu. Trong tiêu chuẩn GIA thì viên kim cương không màu là “D” và vàng là “Z”. Đôi khi người ta còn sử dụng các phương pháp quang học phức tạp để xác định màu. Những viên kim cương có điểm màu thật thấp hay thật cao rất hiếm, và cũng rất đắt tiền. Từ D đến G là những viên không màu, từ H đến J là gần như không màu, K-M là hơi có màu, N-Y là vàng nhạt hay nâu. Tuy nhiên, viên kim cương có màu vàng nhạt Z rất hiếm có và có giá trị rất cao.

Trái với màu vàng và màu nâu, những màu khác khó tìm thấy hơn và có giá trị hơn. Chỉ cần viên kim cương hơi hồng hay xanh lam thì giá trị đã rất cao rồi. Tùy theo mạng tinh thể carbon bị thay thế bằng nguyên tố nào mà kim cương sẽ có màu đó. Những màu thường gặp là vàng, hồng, xanh dương, xanh lá cây, đỏ, nâu...

Mặc dù từ năm 1796, nhà hóa học Smithson Tennan đã khám phá ra cấu trúc hoá học của kim cương là những phân tử carbon 4, nối với nhau bằng những liên kết đối xứng hình lập phương. Nhưng mãi cho đến thập niên 50 của thế kỷ 20, người ta mới bắt đầu thử chế tạo kim cương nhân tạo. Ban đầu, các nhà khoa học luyện than chì graphite ở 1.400 độ C, với áp suất cao hơn áp suất không khí 55.000 lần. Kết quả, họ thu được những viên đá nhỏ không tinh khiết, chỉ có thể dùng chế tạo lưỡi khoan nha khoa và làm lưỡi cưa sắt do độ cứng không cao.

Nhiều nhà khoa học đã bỏ cuộc bởi không lo nổi chi phí cho các thí nghiệm kiểu này. Thế nhưng Linares vẫn theo đuổi và đã thành công. Robert Linares đã phát minh ra kỹ thuật chế tạo kim cương vào năm 1958. Năm 1966, ông khám phá trị số chính xác của hỗn hợp khí và nhiệt độ để có thể tạo những hột xoàn lớn dưới dạng một tinh thể duy nhất.

Để có sự thẩm định vô tư về phẩm chất thứ đá quý nhân tạo này, Robert Linares mang viên đá 0,38 carat, thành phẩm của mình, đến chỗ Virgil Ghita, chủ tiệm nữ trang uy tín Ghita's ở phố Boston. Ông ta dùng cây nhíp nhỏ kẹp viên đá, nâng lên trước mắt phải và nhìn qua chiếc kính lúp của thợ vàng. Từ từ, ông ta xoay viên đá ngược phía ánh nắng nghiêng của buổi chiều rồi thốt lên: "Tôi không thấy một khiếm khuyết nào cả. Ông lấy ở đâu ra viên đá tuyệt vời này vậy?". Câu nói đó đủ để khẳng định sự thành công của Robert Linares.

Robert Linares thực hiện một quy trình hóa học "lắng đọng khí", thực chất là nén carbon dạng khí trên các hạt giống kim cương để tạo thành những viên kim cương có kích cỡ lớn hơn chục lần, và dùng kim loại molten làm chất xúc tác ở điều kiện nhiệt độ và áp suất cực cao. Kim cương từ đó mọc lên bên trên hạt giống dưới dạng carbon kết tinh. Sau này, công ty của gia đình Linares (có tên Apollo Diamond, trụ sở tại Boston bang Machasusette) mỗi tuần cho ra lò khoảng 20 carat kim cương trang sức và các tinh thể kim cương sử dụng cho nghiên cứu chế tạo vi mạch.

Viên kim cương nhân tạo lớn nhất là 15 carat, do Russell Henley, Giám đốc phòng thí nghiệm địa vật lý thuộc Viện Carnegie làm ra. Gần đây, Henley tạo thứ kim cương được cho là rắn nhất. Thoạt đầu, ông cấy "hạt giống" kim cương từ trong phòng thí nghiệm, kế đó mang đặt vào lò có áp suất lẫn nhiệt độ cực kỳ cao làm thay đổi cấu trúc nguyên tử của kim cương. Viên đá quý này trở nên cứng đến mức làm vỡ máy đo độ cứng, dù rằng bộ phận của máy cũng được làm từ kim cương.

Do nhu cầu về kim cương trong các các lĩnh vực y khoa, công nghệ thông tin, vũ trụ, máy bay, quân sự... ngày càng lớn nên rất nhiều công ty đang cạnh tranh ráo riết trong sản xuất kim cương nhân tạo. Công ty Gemesis (tại Sarasota, bang Florida) đã phát minh cách chế tạo kim cương màu xanh dương, loại cực hiếm trên thị trường.