人类“种”出来的晶体

从2012年4月到现在为止，你是不是在《少年科学》里看到过钻石、祖母绿、红宝石、橄榄石、蓝宝石、碧玺、托帕石、绿松石、石榴石、紫晶？这些光彩夺目的珍贵宝石，有的价值连城、有的给人带来好运。细心的你或许还发现了，这些大多是自然界自然生成的晶体。可是，你知道吗，有很多晶体是平时生活和科研中必不可少的材料，但大自然中没有，是人类“种”出来的。

比如在欧洲核子中心地下100米深处，安装着中国制造的一种神奇的晶体。这种晶体是核子中心大型强子对撞机的关键探测材料。它不是宝石，但它的价值无法用金钱来衡量。因为少了它，大型强子对撞机就等于少了眼睛和手，无法看到和抓到对撞出来的新粒子。

这是一种人工制造的晶体，晶体中含有86%的铅和钨，却晶莹剔透。它们不是天然长成，而是人类“种”出来的晶体。

怎么“种”晶体？

要回答这个问题，我们首先要搞清楚天然的晶体是怎么长成的。看了《少年科学》的各期文章你已经知道了，这些晶体都是我们脚下的地球运动的产物。地下高压环境、板块运动、火山喷发、岩浆瞬间冷却等特殊条件下，不同矿物会在不同的特有条件下，长成不同的晶体。例如天然水晶，通常就在岩洞、岩石裂缝、地下或洞穴深处，在含有饱和二氧化硅的地下水环境中，如果恰好具备苛刻的条件，比如有2～3个大气压的压力，水温在500℃～600℃之间，并且有丰富的二氧化硅地下水来源，二氧化硅便会从溶液中自发生成晶芽，过饱和溶液中的二氧化硅分子便会黏附在晶芽上，经过数万年甚至上千万年的时间，最终结晶成为六方柱状的美丽水晶，等待人们去勘探和发掘。你看紫晶洞，就像一个个太上老君的炼丹炉，紫晶芽关在这一定压力、一定温度的“炼丹炉”里面，慢慢地，就炼成了美丽耀眼的紫晶。

科研人员在实验室和工厂中模仿天然晶体的生长环境，可以生产人工晶体。以水晶为例，这种方法是在密封的高压容器内完成，需要的原料是熔炼后的石英，温度是300℃～400℃，压力要达到1000～1500个大气压，还要放入人工制造的籽晶作为晶芽，让水晶以此为中心生长。这种方法“种”出来的水晶生长速度约为每天0.8毫米，不但能够生长出较完美的大晶体，而且质量还能超过天然水晶。

“种”出来的晶体做什么用？

人工晶体的影响几乎渗透到了人类生活的各个方面。从石英手表中的石英晶体振荡器，到高密度信息存储、集成电路的制备都涉及晶体，医院里给病人做检查用的CT机、核磁共振仪器等，都少不了人工晶体。

目前，中国在一些晶体领域的研究处于世界领先位置。下面，我们就来展示几种新科技的人造晶体。

激光晶体

这是一种非常重要的晶体，它吸收足够的能量之后能发出一种特殊的强光――激光。目前，人们已研制出数百种激光晶体。其中，红宝石晶体是最引人注目的一种。今天，这些激光晶体在军事技术、宇宙探索、医学、化学等众多领域都已得到了广泛的应用。例如：激光电视、激光彩色立体电影、激光雷达、激光手术刀等都是激光晶体在这些领域成功应用的结果。又如水中通信，由于海水对红光产生强烈的吸收，而对蓝绿光则吸收得较少，因此，蓝绿光在海水中能够传播较远的距离。利用这一特性，人们就可以利用激光晶体产生的蓝绿光进行水中通信和探索。

半导体晶体

由半导体晶体硅和锗做成的各种晶体管，取代了原来的电子管，在无线电子工业上有着极其广泛的应用。由于它们的出现，电子产品的体积大大减少，成本大幅度降低。可以说，没有半导体晶体，就没有无线电子工业的飞速发展，我们今天就不可能拥有随身听、超薄电视和笔记本电脑等体积小巧、携带方便的电子产品了。此外，光纤通讯技术也离不开半导体晶体。利用这种晶体做光源，人们就能在一根头发丝般的光导纤维中传递几十万路电话或几千路电视，从而大大提高了信息传递的数量和质量。

光子晶体

随着信息技术的发展，半导体晶体渐渐不能满足需要，而光子晶体将成为未来的新材料。这里对光子晶体作用的描述只是冰山一角。例如：利用光子晶体可以在手机的天线部位制造播放维护罩，从而避免对人体有害的微波辐射直接照射手机用户的头部。这种技术目前还没成熟，但有一个美好的前景。