Файл: Магнитная и оптическая спектроскопия минералов и горных пород [сборник статей]..pdf

электронов образуют дополнительные полосы энергии (рис. 2), Наличие сильного' поглощения в ультрафиолете в алмаз;-:: типа 1а обусловлено [8] переходами из валентной зоны кри­

сталла на незанятые уровни азотной полосы и переходами с заполненных уровней азотной полосы в полосу проводи­ мости кристалла [8 , 42|. Особенности электронного строения

алмазов с примесью азота в различных формах обусловлива­ ют различия в оптических свойствах кристаллов, в том числ<

как и особенности рентгеновской дифракции [40].

Труднее дать объяснение различию в морфологических

то, что алмазы типа I росли в системах, содержащих боль шое количество азота в дисперсной форме, тогда как алмазытипа II росли в системах, в которых примесь азота была связана в различных комплексах, типа нитридов или вообще отсутствовала.

Естественно, что объяснение связи габитуса и морфоло­ гического строения кристаллов с физико-химическими усло­ виями роста следует искать в зависимости растворимости углерода в расплаве от температуры и химического состава. т. е. величине пересыщения (а это определяет относительные скорости роста различных граней). Например, известно, что

эдра и куба таково, что в основном формируются кристаллы октаэдрического габитуса. В условиях более низких темпе­ ратур степень пересыщения увеличивается, возрастают ско­ рости роста, в особенности для октаэдрических граней и растут, главным образом, кубические кристаллы. Мозаичное строение природных алмазов типа II,- вероятно, объясняется быстрыми .скоростями роста в условиях высоких температур. Отметим, что синтетические алмазы типа II имеют, как пра­ вило, октаэдрический габитус с характерным двойникованием.

Степень пересыщения раствора оказывает влияние на обра­ зование различных дефектов и, в особенности примесного характера. Изучение количества примеси азота в синтетиче­ ских алмазах, полученных при различных температурах, по­ казало, что коэффициент захвата примеси азота в структур­ ной форме прямо пропорционален температуре роста кри­ сталла [22]. С другой стороны,исследование кристаллов алмаза, выращенных при различной длительности процесса кристал­

50

лизации (также как и характер распределения примеси азота в алмазе в зависимости от размеров кристаллов) показывает, что коэффициент захвата дисперсной примеси азота обратно пропорционален скорости роста [22]. Ранее уже нами отме­ чалось [22], что имеются существенные различия в коэффи­

циентах захвата структурной примеси N и неструктурных примесей для кубических и октаэдрических граней. Можно предполагать, что кубические грани более „охотно1 захва­

тывают азот в структурной форме, чем октаэдрические. Для неструктурных примесей ситуация, как это видно на примере кристаллов с В, содержащих много неструктурной примеси, обратная.

Наличие или отсутствие примеси азота в кристалле опре­ деляет не только его морфологическое строение, но и осо­ бенности окраски. Известно, что беспримесные алмазы или содержащие азот в небольшом количестве ( < 1016 с.и~3) явля­

ются бесцветными, безазотиые алмазы с примесью В или А1 имеют голубую окраску (полупроводниковые алмазы типа НЬ),

деляет характер окраски, а лишь ее наличие. Характер окраски определяется наличием как примеси азота, так и различного рода дефектов, типа вакансий углерода и междуузельного углерода, а также отношением концентраций азотных и теп­ ловых дефектов. Это следует из того, что не изменяя кон­ центрации азота в кристалле, но генерируя тепловые дефекты; можно изменять оттенок окраски с зеленой на желто-зеле­ ную [29]. При этом можно наблюдать и характерные измене­ ния в спектрах оптического’ поглощения алмазов, связанные с появлением полос, приписываемых тепловым дефектам [27]. Другой вывод, который был сделан из опытов по нагреву алмазов под давлением [29J, заключается в том, что для фор­ мирования дефектов типа вакансий и междуузельных атомов в азотсодержащих алмазах требуются гораздо меньшие энер- >ии, чем в беспримесных алмазах. Действительно, окрашива­ ние безазотных алмазов можно вызвать лишь довольно зна­ чительными дозами ионизирующей радиации [25].

Таким образом, в настоящее время синтезированы алмазы всех физически различных типов, встречающихся в природе.

Выращивание кристаллов алмаза в заведомо известных условиях при параллельном изучении структурно чувстви­ тельных свойств такими методами как электронный парамаг­ нитный резонанс, инфракрасная и ультрафиолетовая спектро­ скопия, люминесценция и термолюминесценция, позволяют оценить влияние условий роста и примесного состава на физико-механические характеристики алмазов. С другой сто­ роны, знание этих зависимостей позволяет в ряде случаев

решать и обратную задачу, а именно по свойствам природ­ ных кристаллов алмаза понять и воссоздать, по крайней мере частично, геохимические особенности природных про­ цессов алмазообразования. Это возможно благодаря тому, что для алмаза, как и для других минералов, имеется глу­ бокая взаимосвязь между химической средой и условиями роста (температура, давление, пересыщение) и их чисто фи­ зическими свойствами. Такой вывод следует из того, что стабильность идеального кристалла (с учетом равновесной концентрации дефектов) определяется термодинамическими параметрами, характерными для области устойчивости дан­ ной модификации.

52