Открыт новый тип дефектов в алмазе
Коллектив исследователей из ИФХЭ РАН, Санкт-Петербургского горного университета, НИЦ «Курчатовский институт» и Института геологии и геохимии УрО РАН детально изучил микроструктуру алмаза с так называемыми Y-центрами из кимберлитовой трубки Юбилейная. Ученые обнаружили в кристалле неизвестные ранее наноразмерные полости, которые указывают на то, что алмаз подвергался пластической деформации при высоких температурах.
Большинство природных алмазов образовались в мантии на глубине 150–250 км при температурах от 900 до 1300 °С и давлении в 50 тыс. раз выше атмосферного. Кристалл алмаза — это трехмерная сетка из тетраэдров, в центре и четырех вершинах которых находятся атомы углерода. В подавляющем большинстве природных алмазов присутствуют примеси — чаще всего азот, также встречаются водород, бор, иногда кремний и никель. Воздействие высоких температур приводит к формированию различных конфигураций примесных атомов и их комплексов с собственными дефектами, которые определяют многие физические свойства кристаллов, в частности, придают им окраску.
Что обнаружили ученые?
Авторы исследовали природный кристалл комплексом аналитических методов. В его структуре ученые обнаружили многочисленные дислокации, дислокационные петли и скопления точечных дефектов.
Наибольший интерес вызвал впервые обнаруженный тип дефектов — тонкие (1–3 нм) ромбические пластины размером до 20 нм. В этих областях отсутствуют примесные элементы, а анализ контраста на ПЭМ-изображениях указывает на низкую плотность материала. По мнению авторов, эти «пластины» являются вакансионными кластерами — нанополостями в кристаллической решетке. Они часто образуют скопления, залегающие вдоль определенных кристаллографических направлений.
В зоне расположения нанополостей при возбуждении инфракрасным лазером исследователи наблюдали многочисленные узкие полосы фотолюминесценции, причем набор люминесцирующих центров сильно различался на расстоянии в единицы микрон. Ученые предположили связь между люминесцирующими центрами и процессами переноса заряда на поверхности нанополостей.
Что дальше?
По оценкам авторов, результаты не только представляют интерес для понимания минералогии алмаза и реконструкции условий его образования, но и открывают новые перспективы для управления люминесцентными свойствами материала, что важно для широкого спектра технологических приложений.