Kim cương có giá trị cao do độ cứng. Là đồ trang sức, chúng có thể tồn tại hàng thế hệ và không bị xước bất chấp mài mòn ngày này qua ngày khác. Để làm lưỡi dao hoặc mũi khoan, chúng có thể xuyên qua gần như bất cứ thứ gì mà không bị phá hủy. Ở dạng bột, kim cương giúp đánh bóng đá quý, kim loại và nhiều vật liệu khác. Vì vậy, tìm ra vật liệu cứng hơn kim cương rất khó khăn, theo Live Science.

Theo Richard Kaner, nhà hóa học vật liệu ở Đại học Richard Kaner, kim cương vẫn là vật liệu cứng nhất trong đa số mục đích thực tế. Có nhiều cách tạo ra loại kim cương cứng hơn so với kim cương tiêu chuẩn và về lý thuyết các vật liệu khác có thể cứng hơn kim cương, nhưng chúng không tồn tại ở dạng có thể cầm nắm trong tay hoặc sử dụng rộng rãi.

Trong khi mọi người đeo trang sức kim cương có thể chứng nhận độ bền của nó, khái niệm “độ cứng chống lõm” (hardness) rất chuyên biệt, theo Paul Asimow, nhà địa hóa học ở Viện công nghệ California (Caltech). Nó thường bị nhầm lẫn với các đặc điểm khác như độ cứng chống uốn (stiffness) hay độ bền. Những yếu tố này không phải luôn đồng nhất với độ cứng chống lõm. Ví dụ, kim cương có độ cứng chống lõm rất cao nhưng độ cứng chống uốn chỉ ở mức trung bình. Kim cương dễ dàng vỡ dọc theo mặt tinh thể, đó là cách những thợ kim hoàn có thể tạo ra viên kim cương nhiều mặt lấp lánh đẹp mắt.

Các nhà khoa học đo độ cứng chống lõm theo vài cách khác nhau. Nhà địa chất học thường dựa vào đơn vị so sánh là thang độ cứng Mohs, một cách để xác định những khoáng chất thực địa dựa trên việc chúng có thể gây xước hay không.

Kim cương nằm ở độ 10, cấp cao nhất trong thang độ cứng Mohs, có nghĩa nó có thể làm xước gần như bất kỳ thứ gì. Trong phòng thí nghiệm, nhà khoa học vật liệu dựa vào cách đo chính xác hơn gọi là thử nghiệm độ cứng Vickers, giúp xác định độ cứng của vật liệu dựa trên lực cần thiết để gây ra vết lõm bằng mũi nhọn tương tự ấn ngòi bút chì vào tẩy.

Kim cương cấu tạo từ nguyên tử carbon sắp xếp theo mạng lập phương, nối với nhau bằng những liên kết hóa học mạnh và ngắn. Cấu trúc này mang đến cho nó độ cứng chống lõm đặc trưng. Phần lớn vật liệu cứng hơn kim cương đều là kết quả từ thay đổi nhỏ so với cấu trúc tinh thể của kim cương thông thường, hoặc thay đổi một số nguyên tử carbon bằng boron hay nitrogen.

Vào năm 2009, các nghiên cứu tại Đại học giao thông Thượng Hải (Trung Quốc) và đại học Nevada (Mỹ) đã công bố tìm thấy 2 vật liệu có thể đánh bại kim cương về độ cứng. Đó là Wurtzite boron nitride (w-BN) và Lonsdaleite.

w-BN có cấu trúc tương tự với kim cương nhưng nó còn có thêm Boron và Ni tơ. Vật liệu này cực kỳ hiếm, chỉ có thể được tìm thấy sau một đợt phun trào núi lửa nhất định. Các nhà khoa học cho rằng w-BN cứng hơn và ổn định về mặt hóa học hơn kim cương ở nhiệt độ cao.

Lonsdaleite cũng được tạo ra từ carbon giống như kim cương, mặc dù có cấu trúc khác. Các nhà khoa học cho rằng vật liệu này còn mạnh hơn cả w-BN. Điều thú vị là Lonsdaleite là chất trong vũ trụ được tìm thấy khi một thiên thạch giàu than chì va vào Trái đất. Các mô phỏng khoa học hiện nay cho thấy vật liệu này cứng hơn kim cương 58% và khiến nó trở thành thứ cứng nhất trên trái đất.

Có một điểm đáng chú ý là w-BN và Lonsdaleite được cho rằng mạnh hơn kim cương nhưng tất cả tuyên bố mới chỉ dựa trên chương trình mô phỏng chạy trên máy tính chứ không phải xác minh vật lý. Lý do là những nguyên tố này cực kỳ khó tìm nên các chuyên gia vẫn chưa kiểm tra vật lý để xác định độ cứng của chúng. Theo các mô phỏng máy tính, cả w-BN và Lonsdaleite đều có tính ổn định nhiệt rất tốt.

Tuy nhiên, kim cương dù có phải là vật liệu cứng nhất thế giới hay không thì nó vẫn là vua của các loại đá quý. Đến hiện nay, khi các nhà khoa học vẫn chưa xác thực được độ cứng w-BN và Lonsdaleite bằng những bài kiểm tra vật lý thì kim cương vẫn giữ được vị trí vật liệu cứng nhất thế giới của mình.