Азот в алмазах

Большие успехи в понимании природы физических свойств алмазов достигнуты в последние годы. Оказалось, что многие свойства так или иначе связаны с наличием примеси азота в алмазах. В частности, именно присутствием азота обусловлено различие свойств алмазов типов I (азотные) и II (безазотные), с азотом чаще всего связана и люминесценция алмазов.

Впервые азот в алмазах был обнаружен в 1959 г. методом масс-спектрометрии и электронного парамагнитного резонанса. Вначале считали, что почти весь примесный азот в природных алмазах находится в особых сегрегациях пластинчатого типа, параллельных плоскостям куба. Однако работами Е. В. Соболева и др. было установлено, что эта форма примесного азота является лишь одной из нескольких и при этом не основной. По данным Е. В. Соболева, азот образует центры различного строения, каждый из которых определяет те или иные физические свойства алмазов (например, окраску, способность к свечению, цвет фото — и рентгенолюминесценции и т. д.).

Из всех изоморфных примесей в алмазе максимальные концентрации (иногда до 0,23%) образует азот. В кристаллах алмаза азот присутствует либо в виде одиночных атомов, распределенных по всему объему кристалла (это характерно для синтетических алмазов), либо в виде простых ассоциатов — пар атомов (N-N) и сложных ассоциатов — тончайших пластинчатых "встроек" (platelets) параллельно граням куба (100), а также азотных центров сложного строения. Примесь азота влияет на прозрачность алмаза в ИК- и УФ-областях оптического спектра, а также обусловливает люминесцентные свойства алмаза.

По спектрам поглощения в ИК- и УФ-диапазонах (см. ниже) выделяют три типа алмаза, причем в I и II типах — по два подтипа. Они различаются по характеру примесных центров и других примесных дефектов, а главное — по наличию или отсутствию примеси азота.

В алмазах I типа азот содержится обязательно: в природных алмазах 1а — в виде пар атомов (N-N) и тончайших плоских встроек по (100), в синтетических алмазах Iб — в виде одиночных атомов, равномерно распределенных в объеме кристалла.

В алмазах II типа азот, как правило, отсутствует. В алмазах IIа вообще практически нет никаких изоморфных примесей, а в природных и сравнительно недавно полученных искусственно полупроводниковых алмазах IIб присутствуют одиночные атомы бора и, возможно, имеют место изоморфные замещения по схеме 2C⁴⁺ < A13++N5+.

Весьма редко встречающиеся алмазы III типа представлены гексагональной модификацией — лонсдэлеитом; они содержат азотные центры сложного строения и наряду с ними — примеси кремния в виде одиночных атомов, замещающих атомы углерода.

Среди природных алмазов, образующих сравнительно крупные кристаллы, абсолютное большинство (около 98%) относится к подтипу 1а; на долю алмазов типа II остается примерно 2%. Однако самые крупные, уникальные алмазы (в частности, "Куллинан",) принадлежат как раз к подтипу IIа. А среди мелких кристаллов роль алмаза II возрастает. Нередко в кристаллах природного алмаза удается различить внутреннее ядро алмаза II, которое снаружи обрастает алмазом 1а.

Дата добавления: 2015-11-30