kim cương 'lắng đọng hơi hoá học' plasma sóng vi ba

những tạp chất hoặc biến dạng mạng (tinh thể) tạo ra màu sắc của kim cương: nguyên tử nitơ bị cô lập sẽ tạo ra màu vàng; cặp nguyên tử nitơ tạo ra màu nâu, xanh lá cây hoặc tím; những biến dạng mạng (tinh thể) tạo ra màu hồng huyền diệu

trong tự nhiên, kim cương được hình thành ở độ sâu 150 - 700 km dưới lòng đất, trong một thời gian dài; kim cương được dềnh lên mặt đất nhờ núi lửa phun trào

từ lâu, cách duy nhất lấy được những viên kim cương lớn là may mắn nhặt ở trên cấu tạo địa chất, tìm kiếm ở bờ sông và hi vọng gặp may

General Electric
năm 1797 phát hiện rằng kim cương chính là cácbon, các nhà khoa học đã thử nung nóng than củi thành kim cương
đầu thập niên 1910 phát hiện rằng cần áp suất cao và nhiệt độ cao để điều chế kim cương

năm 1955 GE tiên phong phương pháp áp suất cao nhiệt độ cao [HPHT high pressure high temperature] ở nhiệt độ 2200 độ C và áp suất 1 triệu rưỡi pound mỗi inch vuông

thập niên 1990 phương pháp HPHT đã sản xuất những viên kim cương chất-lượng-đá-quý nhiều màu sắc, mặc dù chủ yếu là màu vàng cam

bất chấp HPHT vẫn là hiệu quả kinh tế nhất để sản xuất kim cương, tỷ lệ khuyết tật cao và thời gian nấu lâu đã khiến HPHT khó cạnh tranh ngành kim cương tự nhiên

Máy trồng kim cương trong phòng thí nghiệm
'lắng đọng hơi hoá học' là lấy những vật liệu tiền chất ở thể khí và lắng đọng lên trên một chất nền [substrate]
ngành linh kiện bán dẫn có thể sử dụng CVD để lắng đọng những lớp đơn-tinh-thể silic tinh khiết lên trên tấm wafer
chế tạo kim cương CVD, thường bắt đầu với khí methan làm tiền chất cácbon thể khí; khí methan được trộn lẫn với hydro hoặc ôxy để làm ổn định bề mặt của kim cương và ngăn kim cương khỏi biến đổi thành những tạp chất than chì
sau đó, sử dụng năng lượng để phân huỷ khí methan thành những nguyên tử; năng lượng có thể là nhiệt năng, lửa, sóng vi ba...
phân huỷ khí methan, và làm sao để nguyên tử cácbon hoà hợp lại trên tấm nền [substrate] thường là một kim cương hạt mầm [seed] dưới dạng kim cương bùn [mire]

Đầu ra và kinh tế
thập niên 1950 các nhà khoa học bắt đầu thử tăng trưởng tinh thể kim cương với phương pháp CVD; những vấn đề phổ biến là chất lượng sản phẩm và quy mô sản xuất

kim cương CVD, chất lượng cao nhất là hạng-quang-học hay gọi là hạng-điện-tử đủ tinh khiết để tận dụng lợi thế của những đặc điểm điện và nhiệt của kim cương
ngày nay HPHT chế tạo được những mạt kim cương hạng-công-nghiệp với giá thành chưa đến 1 đôla một carat
giữa thập niên 1970 nhà khoa học Boris Vladimirovich Derjaguin (ảnh dưới: ngoài cùng bên trái) ở Liên Xô đã thành công lắng đọng kim cương ở tốc độ hơn 1 micromet 1 giờ, sử dụng nhiều phương pháp, khiến Nhật Bản chú ý

người Nhật lấy những phương pháp này, sau rốt xác định 2 phương pháp CVD, ngày nay được sử dụng trong ngành công nghiệp trồng kim cương trong phòng thí nghiệm, sợi nóng [filament] và plasma sóng vi ba

CVD sợi nóng
tiêm năng lượng vào hỗn hợp khí tiền chất, sử dụng một sợi wolfram nung nóng đến nhiệt độ 2000 độ C; có nhiều sắp đặt và bố trí của những sợi wolfram này, dẫn đến những thiết kế đa dạng
là phương pháp tiên phong, CVD sợi nóng có một số nhược điểm; một là mặc dù cho thấy bước nhảy vọt về tốc độ lắng đọng, mới đầu CVD sợi nóng vẫn quá chậm

thử nghiệm đầu tiên sản xuất ở tốc độ tăng trưởng là 1 micromet; nếu muốn một viên kim cương đá quý cao 5 milimet, tức là 2 carat, sẽ mất 5000 giờ, tương đương 208 ngày
để tăng tốc, các nhà khoa học đưa nitơ vào tiến trình; sản phẩm kim cương màu vàng sẽ không hữu ích cho những ứng dụng điện tử, bằng kim cương khác
hai là những sợi nóng sẽ dần dần bị ảnh hưởng bởi xói mòn cácbon và nhiệt, bắt đầu bị oằn [warp] và bẻ vênh, ảnh hưởng tốc độ lắng đọng; tệ hơn, wolfram có thể nhiễm bẩn kim cương đang tăng trưởng

CVD plasma sóng vi ba
ngày nay, plasma sóng vi ba chiếm một nửa thị phần kim cương được trồng trong phòng thí nghiệm, một lợi thế là tránh được vấn đề nhiễm bẩn vì có sợi nóng bên trong lò phản ứng
bắt đầu, cần một kim cương mầm [seed] nhỏ, nhìn giống những cái đĩa; một buồng máy có thể chứa 18 mầm, những mầm ấy sẽ đi vào bên trong khoang lò phản ứng, trong đó đầy hỗn hợp khí tiền chất [precursor]; sau đó người ta bắn phá [bombard] hỗn hợp ấy bằng sóng vi ba
những mẫu [prototype] mới đầu sử dụng sóng 2.45 gigahertz giống lò vi sóng để trong bếp, chủ yếu vì sẵn có những ống [tube]

sóng vi ba sẽ ion hoá những nguyên tử của hỗn hợp khí, bằng cách kích thích những electron và do đó khiến nguyên tử thêm hoặc bớt electron; plasma là khi một số lượng đáng kể những nguyên tử đã bị ion hoá
nếu điều kiện bề mặt tấm nền (kim cương mầm) được nung nóng và giữ ở nhiệt độ đủ cao, những tiền chất sẽ đậu [settle] lên trên và thế là tăng trưởng kim cương
đợi một ít hôm, sản phẩm kim cương sẽ có màu bạc và hình khoanh đĩa; cạnh bên sẽ có những vụn, đều là bột và mạt kim cương; có thể lấy dao lam cắt đĩa kim cương thành những mảnh nhỏ, thành phẩm là những khối vuông thô; sẵn sàng chuyển cho thợ kim hoàn làm việc cắt và đánh bóng, thành viên đá hoàn thiện

tốc độ tăng trưởng, nhất là trồng kim cương tinh khiết không-lỗi, vẫn gây vấn đề; nhưng đang nhanh hơn, nhờ những thiết kế lò phản ứng đã được cải tiến; có thể trồng kim cương theo lố [batch] song song

Đá quý
ngày nay, nhẫn kim cương 2 carat có giá 5000 đôla ở Costco; Costco nói rằng sản phẩm kim cương của hãng đều 'tự nhiên' tức là được 'khai thác'

năm 2018 uỷ ban Thương mại Liên bang Mỹ [FTC federal trade commission] sửa đổi định nghĩa 'kim cương' trong những hướng dẫn kim hoàn của uỷ ban; trước đó, hướng dẫn có từ 'tự nhiên' trong định nghĩa; nhưng kim cương MPCVD [microwave plasma chemical vepor deposit] và trồng-trong-phòng-thí-nghiệm khác đã đạt được những đặc điểm quang, điện và vật lý sánh ngang kim cương khai thác; cho nên FTC thấy không cần thêm chữ 'tự nhiên' nữa

FTC cho phép sử dụng thuật ngữ 'nuôi trồng' [culture] để miêu tả kim cương trồng-trong-phòng-thí-nghiệm; ngành kim cương khai thác đã phản đối, đề nghị rằng FTC chỉ sử dụng thuật ngữ ấy cho ngọc trai; 99% ngọc trai ngày này là 'nuôi trồng' [culture]
kim cương rẻ, hoàn hảo, được nuôi trồng sẽ sớm áp đảo ngành kim cương khai thác và đánh sụt giá bán kim cương
năm 2022 ngành đá quý thế giới thu được 30 tỷ đôla Mỹ doanh thu, chỉ công ty De Beers đã thu 6 tỷ đôla

De Beers đã sớm tìm cách đối phó với nguy cơ của kim cương nuôi trồng, hãng đã dịch chuyển từ một cacten kim cương thô, sang quản lý một thương hiệu trang sức; De Beers mong muốn khách hàng sẽ sẵn lòng bỏ tiền mua vì tên thương hiệu, chứ không phải đá quý

Tản nhiệt
các trường đại học và nhóm công nghiệp đang đầu tư nguồn lực vào sản xuất kim cương; vì cơ hội tận dụng những đặc điểm điện, quang và nhiệt của kim cương
công dụng thương mại đầu tiên của kim cương là bộ tản nhiệt [spread] vì kim cương 'nuôi trồng' đơn tinh thể có độ dẫn nhiệt cao nhất trong tất cả những chất rắn ở nhiệt độ phòng, có thể gấp 3 lần vật liệu cũ như đồng hoặc silic carbide

AT&T lần đầu tiên uỷ thác những bộ tản nhiệt dựa-trên-kim-cương-CVD để làm mát những mảng điốp laser điện-năng-cao gửi tín hiệu qua những cáp quang dưới-biển

bộ tản nhiệt kim-cương-CVD giúp thu nhỏ hệ-thống [package] và kéo dài tuổi thọ hoạt động
dự án đã tài trợ việc phát triển những kỹ thuật mới để đánh bóng và cắt kim cương CVD, cũng như kỹ thuật kim-loại-hoá tức là áp [apply] những lớp kim loại lên trên kim cương để gắn [mount] vào thiết bị điện tử
ngành đóng gói tiên tiến linh kiện bán dẫn cũng thảo luận lợi ích tản nhiệt của kim cương CVD, vì những vấn đề nhiệt đang dấy lên ở những chip xếp-chồng-3-chiều

Synopsys trả 35 tỷ đôla mua một phần mềm EDA mô hình hoá những tương tác nhiệt trong những chip xếp-chồng-3-chiều

Kết
công ty Ropac ở Đài Trung cho phép tiếp cận thiết bị MPCVD để quay phim chụp ảnh, cũng như đã cởi mở trả lời phỏng vấn

kim cương CVD mở ra những tiềm năng cho những linh kiện bán dẫn điện-lực, thấu kính quang học chính xác cho laser, vật liệu bộ phát hiện [detector] cho công cụ đo lường plasma hợp hạch [fusion plasma]

Ai Cập và bánh mỳ xoắn ốc từ bột củ dền

ở lăng mộ của vua Ramses đệ tam, tìm thấy một chiếc bánh mỳ luộc hình xoắn ốc

Ai Cập cổ đại có 40 loại bánh mỳ [ta] trong đó có một bánh mỳ dẹt

ở đây, công thức bánh mỳ xoắn ốc là lấy ở Thung lũng của các vị Vua, trên tường của lăng mộ pharaoh Ramses đệ tam, trị vì triều đại thứ 20 từ năm 1186 đến 1155 trước công nguyên

bước 1: nhào bột bằng chân
bước 2: rổ để ủ cục bột để lên men
bước 3: lấy cục bột ra, cán dẹt và nặn thành những hình thù bánh mỳ; đa dạng, từ hình đĩa cho đến hình con bò, có cả những cái khuôn để nặn bánh được nướng có hình phễu, hình tam giác
bước 4: đun nóng một chất lỏng gì đấy, bên cạnh là những rổ đựng quả chà là, nho hoặc ngũ cốc
bước nấu: một người sử dụng đũa, sẵn sàng nhúng cục bột bánh xoắn ốc vào một chảo chất lỏng nóng

nhìn (ảnh trên) nhiều nhà Ai Cập học đã hiểu đây là luộc, nhưng cũng có thể chất lỏng ở đây chính là dầu, và những đầu bếp đang rán bánh; thế kỷ 19 một nhà Ai Cập học cho rằng người trong ảnh đang luộc mì macaroni

nhưng tất cả những hình vẽ trên tường đều có gì đó liên quan đến bánh mỳ, cho nên có lẽ đây cũng chỉ là bánh mỳ thôi

sau khi luộc, một thợ nướng bánh đặt bánh vào một lò sâu, trông giống lò nướng tandoor ngày nay; rồi tiếp tục nặn bánh, nướng và lấy ra bánh mỳ thành phẩm

Ngũ cốc
nửa cân đại mạch [barley] (ảnh dưới)

và lúa mỳ emmer (ảnh dưới)

ở Ai Cập cổ đại, ngũ cốc ít phổ biến hơn còn có kamut (ảnh dưới: lúa mỳ Khorasan)

và einkorn

ở Saqqare có một câu khắc cũ trong mộ cổ Ti (ảnh dưới) ghi rằng: "nghiền, nghiền kỹ. Tôi lấy hết sức bình sinh của tôi ra nghiền. Nô lệ rắc đường lên bột và tôi tự mình nướng ổ bánh."

Seamus Blackley phát minh Xbox (ảnh dưới) lùng sục những hũ Ai Cập cổ đại để tìm men [yeast] lấy ra để làm bánh men-4500-năm-tuổi

Phụ gia
người Ai Cập đôi khi sử dụng nước để thuỷ hợp bánh, và cũng cho thêm ít chất béo hoặc sữa

người Ai Cập thường nêm nếm gia vị bánh, đôi khi là lá rau mùi, cỏ ca ri (ảnh trên), thì là Ai Cập (ảnh dưới)

người Ai Cập cũng có thể làm ngọt bánh, bằng quả chà là xắt nhỏ, vả tây (ảnh dưới) hoặc mật ong

công thức sau đây sử dụng 3 thìa canh sirô chà là (ảnh dưới)

Nhào bột
trộn hỗn hợp bột cái, siro chà là, bột mì và sữa vào bát; đến khi hình thành một cục bột bờm xờm, đậy lại ủ nửa tiếng đồng hồ

khác với bột hiện đại, loại ngũ cốc này cần nhiều công sức để tạo nên mạng lưới gluten; cho nên ta sẽ nhào bột 3 lần, mỗi lần 5-10 phút, ủ 30 phút giữa mỗi lần nhào bột

nếu sử dụng men khô hoặc men ăn liền, sẽ chỉ mất 1 giờ ủ; nếu sử dụng bột cái, sẽ mất sớm nhất 4 giờ; kết quả mong muốn là cục bột gấp đôi thể tích

đun sôi một nửa galông nước với 1 phần 4 chén mật ong

đặt bánh đã nặn hình xoắn ốc vào nước sôi, luộc 2 phút, vớt ra phơi khô

cho vào lò nướng ở nhiệt độ 218 độ C trong 15 phút

Lịch sử
những cánh đồng màu mỡ dọc sông Nile trồng ngũ cốc đã tạo điều kiện tăng trưởng dân số, gây dựng một nền văn minh tồn tại 3000 năm

Tân Vương quốc Ai Cập có câu tục ngữ: "đừng để kho thóc thiếu barley hay emmer, nhờ kho thóc mà một ngôi nhà sẽ đứng vững"

chữ 'ngôi nhà' ở đây có thể là nhắc đến toàn bộ Ai Cập, vì bánh mỳ và bia đã có ở mọi nơi; bia chỉ là một thức uống của bánh mỳ, nhất là bấy giờ, vì bia thực ra làm với bánh mỳ; những công nhân xây dựng kim tự tháp đã được trả lương bằng bánh mỳ và bia, công nhân được trả lương bằng bánh mỳ và bia, binh lính được trả lương bằng bánh mỳ và bia

vua Mentuhotep đệ tam (ảnh trên) khoe khoang về đội quân no đủ của mình: "ta dẫn 3000 quân. Chiến trường trài dài đến sông và sa mạc. Ta trao cho mỗi binh sĩ một cuộn da sống [skein of hide] và một cây gậy để gánh đồ, cùng với 2 xô nước và 20 ổ bánh mỳ khẩu phần ăn mỗi ngày"

Cổ Vương quốc Ai Cập, bên cạnh 4 pound bánh mỳ, công nhân cũng nhận được 2 gói rau và một số thịt quay

Ramses đệ nhị (1279-1213 trước công nguyên) thuê 20 ngư dân cung cấp cá cho 40 công nhân và viên chức, những người xây dựng một lăng mộ ở Thung lũng của các vị Vua (những ngư dân này được trả lương bằng gì???)

Ramses đệ tam (ảnh dưới) kém hào phóng hơn: đáng lẽ công nhân được trả lương ngày 28 hằng tháng, có lúc họ bị chậm lương liền 6 tháng, cho nên họ đình công

"vì đói khát nên chúng tôi đến đây. Không có quần áo, không mỡ [ointment], không cá, không rau. Gửi lời đến pharaoh nhân từ chúng ta và xin ngài gửi lương cho sếp Vizier của chúng tôi, để chúng tôi có sức tiếp tục làm việc"

khi vua Akhenaten nổi loạn (ảnh dưới) muốn gây dựng tôn giáo độc thần, bị các chức sắc phản đối, pharaoh đã tổ chức yến tiệc ê hề cho các chức sắc để giữ lòng trung thành của quân sĩ

năm 2150 trước công nguyên, lũ lụt sông Nile trở nên bất thường, ngoài dự đoán của Cổ Vương quốc Ai Cập; nhiều năm thiếu nước lũ, mất mùa đã làm cạn kiệt kho lương
"Lo, sa mạc hoá đất đai, thành thị bị tàn phá. Thượng Ai Cập bị hoang hoá. Lo, tóc mọi người [rơi rụng]. Lo, thượng lưu và bình dân đều nói, 'tôi ước mình được chết'. Lo, trẻ em quý tộc bị dí vào tường. Trẻ sơ sinh bị đưa lên vùng đất cao. Thiếu thức ăn. Ai mặc vải lanh nguyên chất sẽ bị đánh bằng [gậy]. Công nương chịu chung cảnh ngộ với hầu gái"

"Lo, những xác đã đặt xuống mộ bị quăng lên vùng đất cao. Những kẻ kích động chống phá không bị ai ngăn cản. Rên rỉ vang khắp nơi, lẫn với tiếng than khóc. Hãy xem, đất đai bị tước đi vua. Trong kim tự tháp đã trống rỗng. Nhân viên bị sa thải" - ghi chép trong giấy cói của bí thư Ipuwer

một lãnh đạo Thượng Ai Cập nói rằng ông đã mang ngũ cốc đến Hạ Ai Cập và nhờ đó giúp ổn định tình hình đôi chút
châm ngôn của vizier Ptahhotep (ảnh dưới) triều đại thứ 5 khuyên rằng: "nếu bạn giàu có và lập một hộ gia đình, hãy cảm kích vợ mình, một cách công bằng. Cho ăn và cho mặc, khiến cô ấy hạnh phúc suốt ngày trong đời" (vì nếu không, ai đó khác sẽ cho cô ấy ăn, thay cho bạn)

một bộ sưu tập giấy cót ở làng Deir el-Medina (ảnh dưới) nơi ở của công nhân xây lăng mộ ở Thung lũng của các vị Vua; một giấy cót của một công nhân, đồng nghiệp của Ruti, người đã đuổi vợ ra khỏi nhà và ngừng cho cô ấy ăn, viết rằng "vợ cậu ấy ở nhà tôi 40 ngày, và tôi cho cô ấy một bao emmer và 10 ổ bánh"

người vợ thường làm việc nghiền emmer thành bột, một công việc vất vả; nếu người vợ có em gái, họ thường giao việc cho em gái; "từ Takhentyshepse gửi em gái Iye... chị gửi em barley và em sẽ nghiền nó cho chị, và thêm emmer vào nó, và em sẽ làm bánh mỳ với nó, vì chị đang cãi nhau với Merymaat (chồng chị). 'tôi muốn li dị' anh ấy cứ nói thế khi anh ấy cãi nhau với chị khi mẹ chị hỏi lượng barley cần cho bánh mỳ. 'giờ, mẹ cô không làm gì cho cô cả' anh ấy cứ bảo chị và nói 'mặc dù cô có anh chị, họ không chăm sóc cô'. Anh ấy cứ nói với chị như thế khi cãi nhau hằng ngày." - ghi chép Deir el-Medina triều đại thứ 19

'Lời khuyên của Ani' (ảnh trên) là giấy cót của cha gửi con, có ghi: "hào phóng trả ơn bánh mỳ mà mẹ đã cho con. Chăm sóc bà ấy như bà ấy đã chăm con. Mẹ con đã chịu nhiều vất vả vì con. Con được sinh ra muộn, nhưng bà ấy vẫn tự cho con bú 3 năm khi con lớn. Cứt của con kinh tởm, nhưng bà ấy không thấy gớm, nói rằng 'tôi có thể làm gì'. Bà ấy đưa con đến trường, nơi con được dạy viết chữ, và bà ấy đợi con hằng ngày, chuẩn bị bánh mỳ và bia ở nhà" - giấy cót của Ani (ảnh dưới)

vua Merikare khuyên răn cách ứng xử khi có người tìm đến tỏ lòng tôn kính: "nếu người ấy không có ngũ cốc dâng lên, hãy cảm kích vì người ấy khiêm nhường trước bạn, và hãy hài lòng với bánh mỳ và bia của chính mình. Đá hoa cương đã tự nguyện tìm đến, cho nên đừng phá tượng đài của người khác." (ảnh dưới: giấy cót của Ani)

"đừng ăn bánh mỳ mà không đưa một miếng cho ai cạnh bạn, người không có gì để ăn, vì bánh mỳ là vĩnh cửu, còn con người thì không sống mãi" (ảnh dưới: pharaoh Merikare)

"hài lòng với 3 ổ bánh mỳ và 2 cốc bia. Nếu bụng bạn vẫn thấy đói, hãy chịu đựng" - giấy cót của Dua-Khety gửi con trai Pepi (ảnh dưới)

khuyên răn của vua Merikare khắc: "vào đền, ăn bánh mỳ trong ngôi nhà của thần linh; bổ sung đồ cúng, nhân lên những ổ bánh mỳ đồ cúng, tăng đồ cúng hằng ngày. Ai làm thế sẽ được hưởng lợi"

tương truyền một lễ hội thần Amun-Ra dưới thời vua Ramses đệ tam đã dâng 2.8 triệu ổ bánh mỳ, đương nhiên là số bánh ấy cũng phục vụ người dân ở những làng quanh đền; sau lễ hội, giáo sĩ có thể lấy bánh trên điện thờ để ăn hoặc phát chẩn

ở đền Edfu (ảnh dưới) có khắc chữ: "chúng ta sống dưới ý nguyện của thần linh; nhưng luôn còn thức ăn cho chúng ta lấy, sau khi thần linh đã thoả mãn"

tương truyền, bánh mỳ ngon nhất Ai Cập cổ đại là nướng ở Thebes (ảnh dưới): "bánh mỳ ở đó ngon hơn bánh ngọt được làm với mỡ ngỗng. Nước của nó ngọt hơn mật ong. Ta có thể uống nó đến say. Hãy xem, đây là phong cách sống ở Thebes"