В 1967 г. Б. В. Дерягин и Д. В. Федосеев предложили новый метод наращивания кристаллов алмаза из газовой фазы, названный импульсным. Суть его заключалась в создании периодического импульсного пересыщения газовой фазы над затравкой. Импульсы следовали один за другим через каждую десятую часть секунды. При этом слой алмаза рос, а графит не успевал образовываться.
Для этого метода был создан аппарат эпитаксиального синтеза, в принципе по той же схеме, что выбрал еще Лавуазье, когда за двести лет до них сжигал алмаз. Шеститысячеваттная ксеноновая лампа, два параболических зеркала, концентрирующих ее лучи, и рениевая петелька в фокусе зеркал — на ней держится алмазный кристаллик, который должен подрасти, или навеска алмазного порошка.
Все вместе втиснуто в прозрачный сосуд из тугоплавкого кварца, через него можно прокачивать газ — тот же метан из городской газовой сети. Температура регулируется поворотом ручки реостата, давление газа — вентилем.
Легко себе представить, как светит лампа в шесть тысяч «свечей»; аппарат пришлось закрыть непрозрачным кожухом. И прежде чем открыть окошко, чтобы взглянуть, как там растет алмаз, приходилось брать щиток с черным стеклом, каким пользуются сварщики.
Исследователи то и дело брались за этот щиток и заглядывали в окошко, чтобы убедиться, все ли там в порядке, или в надежде увидеть что-нибудь необычное. А может быть, просто потому, что каждому человеку хочется, чтобы его дело двигалось быстрее. Как тут не глянуть лишний раз!
Но быстрее дело, к сожалению, не двигалось. Грани кристаллика росли медленно, как и предупреждал почти тридцать лет назад Франк-Каменецкий, Увидеть, что они и в самом деле растут, было совершенно невозможно: за час прибавлялось всего несколько микрон. Тем не менее это было уже в тысячу раз быстрее, чем у Эверсола, и, главное, не нужно было прерывать синтез для очистки кристалла от графита.
Но вот 13 апреля 1967 г. в лаборатории возникло необычайное волнение — из рук в руки передавался щиток, и очередной счастливец, приникнув к ослепительному окошку, видел через черное стекло совершенно неожиданную картину: на грани кристалла росла прозрачная нить. Весь вечер и всю ночь шли исследования. К утру рентгенограммы подтвердили: это алмаз.
Потом удалось вырастить «усы» самых разных форм и размеров. И даже круглые, и даже слегка ограненные алмазные наросты. А самое замечательное было то, что усы росли с поразительной для алмаза скоростью: в среднем по 10 микрон в час. Если по способу Эверсола слой толщиной в миллиметр мог образоваться на грани кристалла за 10 млн. часов чистого роста, то здесь алмазный ус иногда подрастал на 1 мм всего за 4 часа. В 2,5 млн. раз быстрее!
Монокристаллические нити, вискерсы, были известны и ранее, например, кремния, но их получали только в области стабильности этих веществ. Открытие Дерягиным, Федосеевым и их сотрудниками алмазных усов, растущих из газовой фазы при низких давлениях, было зарегистрировано в Государственном реестре открытий СССР.
И еще одно удивительное наблюдение было сделано в Институте физической химии: растущий алмаз старается выбрать из метана как можно больше тяжелого изотопа углерода (С13), тогда как графит делает как раз наоборот — предпочитает легкий изотоп (С12). Кстати, природные алмазы «изотопно тяжелее» окружающих карбонатных пород.
Одним из очень интересных для практики оказалось предложение Института физической химии АН СССР и Института сверхтвердых материалов АН УССР спекать алмазные порошки, «подросшие» в метане. В этом случае удается получать поликристаллы исключительной прочности.
Между тем престиж искусственных алмазов становился все более высоким.
В первых числах ноября 1967 г. в Бельгии, в Антверпене, владельцу одной из тамошних гранильных мастерских Иосу Бонруа позвонил по телефону его друг и попросил огранить искусственный алмаз.
«Уволь бога ради!» — взмолился Бонруа и стал отнекиваться изо всех сил, потому что все это было уже не в первый раз. Потому что эти алмазы, американские и шведские, ему уже не раз приносили и просили огранить. И он не раз пытался это сделать и каждый раз убеждался, что искусственные алмазы — вещь, может быть, замечательная, но к тому делу, которым занимаются он, Иос Бонруа, и множество других специалистов по драгоценным камням, никакого отношения не имеющая. Пусть они хоть какие угодно, но только это — не ювелирные камни!
«Неудобно! — ответил Бонруа его друг. — Их же привезли русские. Международная вежливость и все такое..; Ты бы уж попробовал, а?»
Пришлось согласиться. И в тот же день к антверпенскому фабриканту Бонруа пришел гость — Валентин Николаевич Бакуль.
Он достал из кармана (или, может быть, из портфеля, это несущественно) аптечный флакончик, какие у нас с давних пор называют пенициллиновыми. На дне флакончика были мелкие крупинки.
Бонруа не выказал удивления, достал одну крупинку и стал рассматривать ее в лупу. Он вертел ее пинцетом и так, и этак, осмотром остался недоволен — и, вполне возможно, даже помянул про себя друга, сосватавшего ему русских гостей, не самым лестным образом. Если этот друг сказал Бонруа про искусственные алмазы, то получалось, что он ему морочил голову.
Так или иначе, а киевскому гостю Бонруа, как человек весьма вежливый, ответил, что камни эти, хоть они и мелкие, здесь, в Антверпене, огранить можно. Ничего особенного в них для знаменитых антверпенских мастеров нет. И еще Бонруа спросил гостя: Сьерра-Леоне? (Специалисты называют алмазики такого сорта по имени африканской страны, где их добывают.)
Гость кивнул вроде бы утвердительно.
Тогда хозяин позвал мастера и попросил его распилить один кристаллик.
Мастер ушел, хозяин и гость продолжали приятную беседу. Не прошло и часа, как мастер вернулся и сказал, что ничего не получается — не может найти оптическую ось…
Бонруа взял подпиленный кристаллик, возможно, даже выразил некоторое недоумение, и вооружился снова увеличительным стеклом в старинной оправе. Долго он рассматривал алмазную крупинку со всех сторон, гораздо дольше, чем в первый раз. И вдруг, наконец, он заметил какие-то едва уловимые признаки, сказать о которых что-либо затруднительно, ибо они принадлежат к тонкостям его профессии, — Бонруа увидел что-то такое, что отличало этот алмазик от всех виденных им раньше. И ось у кристаллика все-таки была…
И Бонруа, опытнейший в этом деле человек, не поверил своим глазам. И спросил у Бакуля, хотя это было уже ни к чему, потому что он и так все понял: неужели синтетические?
Бакуль, рассмеявшись, сказал, что да. И тогда Бонруа попросил дать ему время до завтра.
Когда гости ушли, резчик допилил алмазик и первым увидел, как он засверкал. Имя этого мастера ван Дун, он работал на фабрике Бонруа сорок лет и, надо полагать, неплохо знал свое дело. Тогда Бонруа позвал второго мастера — гранильщика, и все опять повторилось сначала: тот никак не мог подобраться к камню. Так что наутро, когда Бакуль, согласно уговору, пришел снова, хозяину пришлось еще раз извиниться.
На резку кристалликов тоже ушел целый день.
Наконец, гранильщик — фамилия его Нойенс, и он работал в алмазном деле тоже почти сорок лет — нашел ось. И камешки стали граниться в простейшую классическую форму для мелких бриллиантов, ее называют 3/8. Они были маленькие, 50 штук на карат (это значит — по четыре еотых грамма), по миллиметру с небольшим в диаметре, но это были прозрачные ювелирные камни. Большинство желтого цвета, а 42 — белые, чистой воды.
На другой день Бонруа положил их в партию ютовых бриллиантов и понес к коллегам — лучшим антверпенским ювелирам.
И спросил одного из них, что это такое.
«Да ничего особенного, — сказал коллега. — Что тут спрашивать? Ну, обыкновенные мелкие Сьерра-Леоне. Что с того?»
Он пошел ко второму коллеге, и там повторилось то же самое. И третий ювелир не увидел в бриллиантах ничего особенного — даже самый опытный глаз не смог отличить их от «обыкновенных». И тогда же, в первых числах ноября 1967 г., в Антверпене, в мастерской одного из тех ювелиров, которым Бонруа показывал камешки после огранки, были изготовлены два кольца и украшены синтетическими бриллиантами из Киева. Имена дам, получивших право носить их, участники этой истории, как настоящие рыцари, огласке не предают. (Впрочем, в мае 1973 г., на заседании Президиума Академии наук СССР, на котором был доклад о синтезе алмазов, одно из этих колец присутствующим было показано.)
В десятках, а может быть, и в сотнях лабораторий многих стран сотни, а может быть, и тысячи исследователей продолжают поиск, начавшийся двести с лишним лет назад.
Одни возлагают надежды на металлические расплавы. Семь лет работал Джон Бринкман над тем, чтоб ускорить рост алмазных кристаллов. Заменял серебро сурьмой и свинцом. Заменял графитовый тигель замкнутой системой из танталовых, молибденовых, вольфрамовых трубок и через них прокачивал науглерожепный расплав. Варьировал концентрацию углерода и температуру. В 1964 г. фирма «Юнион карбайд» запатентовала все эти новшества. В патенте сказано, что можно вырастить алмазный монокристалл любого размера… Дело не ограничилось патентом, и в 1970 г. на одной из американских промышленных выставок желающим предлагалось купить лицензию: производство алмазов размером… до 30 мм.
Однако до сих пор ни одного искусственного алмаза подобной величины никто не видел. И трудно сказать, в чем тут дело — в технических трудностях или, может быть, в несообразной стоимости.
Другие специалисты отдают предпочтение газу — метану. Валентин Николаевич Бакуль, например, уверяет, что в ближайшие годы можно будет создать производство, оснащенное аппаратами, подобными в принципе тому, что работал у Дерягина. И что эти аппараты будут давать урожай готовых бриллиантов, правда, не очень часто, потому что бриллианты будут расти довольно долго. Можно рассчитывать, скажем, на один раз в год — как урожай пшеницы.