Драгоценные камни: интересные факты и применение в науке

Самый дорогой бриллиант в истории называется "Золотой юбилей". Он стоит почти 20 миллионов долларов, а весит он более 500 каратов – это больше 100 граммов. Но ведь драгоценные камни – это не только украшения или предмет зависти. Это еще вечные батарейки, квантовые компьютеры, вместительные флешки и даже лекарства. 

Что еще ученые сделали из драгоценных камней? И почему о них мечтают не только девушки, но и бармены? Об этом рассказывает программа "Наука и техника" с Михаилом Борзенковым на РЕН ТВ.

Драгоценные облака в созвездии Центавра

Небо одной из планет в созвездии Центавра усыпано драгоценными камнями. Такое открытие сделала группа британских ученых. Дело в том, что над газовым гигантом летают облака из корунда – минерала, к которому относятся рубины и сапфиры.

"На протяжении нескольких лет с помощью телескопа "Кеплер" исследователи изучали температуру солнечной и теневой стороны планеты HAT-P-7 b. Они выяснили, что часть драгоценных облаков мощные ветры переносят на горячую светлую сторону планеты, где они испаряются и цикл повторяется заново. Из-за экстремального перепада температур в четыре тысячи градусов, корунд и выпадает на поверхность алыми рубиновыми или голубыми сапфировыми каплями", – рассказала профессор кафедры геометрии, анализа и гравитации Лондонского университета королевы Марии Кэти Клаф.

Если бы такой дождь прошел на Земле, женская половина населения планеты была бы обеспечена украшениями на всю жизнь. Но ученые уверены: рубины, сапфиры и алмазы пригодятся не только для ювелирных изделий. 

Автомобильная краска из бриллиантов

Тысяча алмазов позволяет сверкать автомобилю роскошной британской марки.  Ученые растерли их в порошок и смешали с краской так, что даже на ощупь поверхность машины осталась идеально гладкой.

"Очевидно, что это самая дорогая краска в истории. Хотя производители и не признаются, сколько она стоит. Но однокаратный бриллиант стоит минимум пять тысяч долларов. Два месяца специалисты отбирали алмазы, которые идеально отражают и пропускают свет. Они хотели создать самый сияющий в мире автомобиль", – уточнил автомаляр-коллерщик Брайан Диаз.

Казалось бы, алмазная краска сделает покрытие устойчивым к повреждениям. Но это не так. Натуральные камни британцы уничтожили просто для красивой презентации авто. А ведь алмазы можно использовать с гораздо большей пользой – например, заправлять ими топливный бак.

Автомобильное топливо из алмазов

Высокие цены на бензин уже заставили европейцев забыть, как это – заливать полный бак. Все больше автолюбителей переходят на бюджетный газ. Ученые из Эдинбургского университета предложили производить метан из алмазов. Они воссоздали в лаборатории процессы, схожие с теми, что происходят в верхней части мантии. А именно – превратили графит в драгоценные кристаллы, а затем под большим давлением получили из них газ.

"Мы создали давление, характерное для глубины в 70 километров, при котором происходят эти процессы, и начали нагнетать чистый водород с температурой плюс 300 градусов. Оказалось, что водород и алмаз легко вступают в реакцию с образованием метана всего за несколько секунд", – сообщила научный сотрудник отдела рассеяния нейтронов при высоком давлении Окриджской национальной лаборатории Мэри-Эллен Доннелли.

Непонятно лишь одно – сколько будет стоить этот газ, и не станет ли он драгоценным не только в переносном, но и в прямом смысле слова.

Вечный лед из сапфира

Исследователи из университета Дьюка создали вечный лед, и помог им в этом сапфир. Чтобы получить материал, который будет охлаждать и не таять даже в жару, американские ученые взяли галлий. Этот металл способен становиться мягким при комнатной температуре и затвердевать при минусовой. Химики поместили наночастицы металла на поверхность искусственного сапфира. И удивились результату: галлий образовал твердое ядро с жидким внешним слоем. 

"Это первый случай наблюдаемого стабильного сосуществования твердой и жидкой фаз вещества на наноуровне. Диапазон рабочих температур нового соединения составляет от минус 57 до плюс 500 градусов по Цельсию. В быту такой сапфир может стать нетающим льдом", – рассказал декан инженерного факультета Университета Дьюка Джером Линч.

Алмазный накопитель для супермощных компьютеров

Японцы нашли еще одно применение драгоценным камням. И на этот раз алмазы должны помочь в создании новых супермощных компьютеров.

"Он подвисает, и мне приходится его постоянно перезагружать. Скорее всего, опять закончилась память", – жалуется программист Майкл Браун.

Знакомая всем ситуация. Причем от переполненной памяти тормозят не только компьютеры, но и мобильные телефоны. Инженеры десятилетиями бьются над проблемой, как вместить много информации в маленький гаджет.

Ученые из Университета Сага нашли золотую середину и создали круглую алмазную пластину диаметром пять сантиметров. Такая поместится даже в смартфон, но что еще важнее – на ней можно хранить практические нескончаемые гигабайты.

"Раньше большие пластины трескались. А мы растим кристаллы на ступенчатой подложке. Это распределяет напряжение по горизонтали, и алмаз остается невредимым. Причем получаются невероятно чистые пластины с минимальным содержанием азота", – объяснил президент университета Сага Хироаки Кодама.

На один алмазный накопитель помещается миллиард дисков Blu-ray. Получается, что кристалл сможет решить одну из проблем будущих квантовых компьютеров. Алмаз обеспечит машины огромным количеством памяти для масштабных вычислений.

Алмазный лазер российских ученых

"Нами впервые в мире продемонстрировано лазерное излучение на NV-центрах в алмазе. Для этого используются алмазные кристаллы интересного такого красно-фиолетового цвета", – говорит заведующий лабораторией квантовых информационных технологий, доцент кафедры квантовой электроники и фотоники радиофизического факультета Томского госуниверситета Евгений Липатов в эксклюзивном интервью программе.

Другую проблему квантовых компьютеров решили российские ученые. Они придумали, как сделать сверхмощные машины компактными. И тоже с помощью алмазов. Для этого они превратили синтетический кристалл в лазер, который сможет управлять набором кубитов, то есть носителями информации. И, что важно, именно лазер позволит квантовому компьютеру работать даже при комнатной температуре. А значит, не придется постоянно использовать огромные и дорогие охлаждающие элементы.

"Квантовый компьютер можно будет сделать очень маленьким при том условии, если рядом с ним будет лазер, который необходим для его работы. Вот наш алмазный лазер и наш квантовый компьютер, квантовый регистр, будут сделаны на одном кристалле", – пояснил Липатов. 

Ученые назвали алмазный лазер алмазером. Его принцип работы строится на так называемых NV-центрах или, другими словами, дефектах. Исследователи намеренно нарушили стандартное строение кристаллической решетки алмаза. Они сохранили атом азота, но избавились от углерода. И заменили его на пустое место. Именно эта пустота и позволяет лазеру светить красным светом.

"Вот представьте себе, за одним столом сидят: один человек, называющийся азотом, другой – пустое рядом с ним место. Все это вместе – NV-центр. Алмаз является полупроводником. В нем создали так называемые центры окраски или точечные дефекты. Все это приводит к тому, что он меняет свой цвет. Начинает поглощаться светом с разными длинами волн в том диапазоне, который мы видим", – объяснил заведующий лабораторией квантовых информационных технологий.

Благодаря такому дефекту удастся легко манипулировать электрическим зарядом и записывать информацию на квантовые компьютеры. Кроме этого, алмазер томских ученых выдерживает большие дозы радиации. Он может стать компактным датчиком на космическом корабле или даже лазером на марсоходе. Кто знает, возможно, именно алмазы помогут человечеству колонизировать Красную планету и добраться до газового гиганта в созвездии Центавра.

О самых невероятных достижениях прогресса, открытиях ученых, инновациях, способных изменить будущее человечества, смотрите в программе "Наука и техника" с ведущим Михаилом Борзенковым на РЕН ТВ.