Xuất bản thông tin

Xuất bản thông tin

Kim cương thiên nhiên loại IIa phát lân quang mạnh và có tâm màu liên quan với Nickel

Tháng 1 - 2018

Hình 1: Ảnh phát quang của hai viên kim cương 0.18 và 0.30 ct dưới DiamondView. Bên trái: Phát huỳnh quang màu xanh dương phớt xám và phát lân quang mạnh màu xanh dương. Bên phải: phát huỳnh quang màu đỏ tươi và phát lân quang mạnh màu xanh dương, và cấu trúc mạng lưới trên mặt table. Ảnh: Shi Tang.

Phát lân quang (phosphorescence) mạnh sau khi được kích thích bằng tia cực tím (UV) thì rất hiếm gặp trong kim cương thiện nhiên và hiện tượng này thường chỉ xuất hiện trong kim cương chameleon loại IaA/Ib hoặc loại Ia giàu hydrogen và kim cương loại IIb (T. Hainschwang et al., “A gemological study of a collection of chameleon diamonds,”Spring 2005 G&G, pp. 20–35; S. Eaton-Magaña and R. Lu, “Phosphorescence in type IIb diamonds,” Diamond and Related Materials, Vol. 20, No. 7, 2011, pp. 983–989). Khi hiện tượng này xuất hiện trong những loại kim cương khác nó thường có cường độ nhẹ và thời gian phát quang rất ngắn. Gần đây, National Gemstone Testing Center (NGTC) tại Bắc Kinh phát hiện hai viên kim cương thiên nhiên phát lân quang mạnh, màu xanh dương bất thường và màu phát huỳnh quang cũng thuộc loại hiếm gặp dưới DiamondView.
 

Hai viên kim cương này có trọng lượng lần lượt là 0.18 và 0.30 carat, cả hai đều có cấp độ màu E. Phổ hồng ngoại xác nhận hai viên kim cương này thuộc loại IIa do không có bất kì sự hấp thu nào của tạp chất nitrogen trong vùng bước sóng từ 1100 đến 1400 cm-1 và của tạp chất liên quan đến boron. Kiểm tra dưới kính hiển vi và đèn cực tím tiêu chuẩn (bước sóng 254 và 365 nm) không phát hiện bất kì dấu hiệu bất thường nào. Thay vì phát huỳnh quang màu xanh dương đậm và không phát lân quang dưới DiamondView như những viên kim cương loại IIa bình thường thì viên 0.18 ct lại phát huỳnh quang màu xanh dương phát xám (grayish blue) và phát lân quang mạnh màu xanh dương, đặc điểm này tương tự như kim cương tổng hợp HPHT không màu. Còn viên 0.30 ct phát huỳnh quang màu đỏ tươi và phát lân quang mạnh màu xanh dương, đây là đặc điểm bất thường đối với kim cương thiên nhiên không màu và gần không màu (hình 1). Phát huỳnh quang màu đỏ rất hiếm khi gặp trong kim cương thiên nhiên loại IIa và ít khi được đề cập trong các văn liệu. (Summer 2016 Lab Notes, pp. 189–190)
 

Phổ Photoluminescence (PL) tiến hành tại nhiệt độ nitrogen lỏng với nguồn laser kích thích 532 nm phát hiện một số đặc điểm đáng lưu ý. Ngoài tâm GR1 tại 741nm đặc trưng của kim cương thiên nhiên loại IIa, đỉnh kép tại 883.0/884.7 nm liên quan với tạp chất nickel xuất hiện trong cả hai mẫu (hình 2). Đỉnh kép này – còn được gọi là “tâm 1.40eV’ – thường thấy trong mặt tăng trưởng {111} của kim cương tổng hợp HPHT. Tâm màu liên quan với nikcel thì phổ biến trong kim cương thiên nhiên vàng phớt lục và chameleon (W. Wang et al., “Natural type Ia diamond with green-yellow color due to Ni-related defects,” Fall 2007 G&G, pp. 240–243; Summer 2014 Lab Notes, pp. 151–152)  nhưng rất hiếm khi xuất hiện trong kim cương thiên nhiên không màu và gần không màu. Đối với kim cương thiên nhiên mà phát lân quang mạnh như trên và có tâm màu liên quan với nickel thì thật sự bất thường.

Hình 2: Phổ PL của hai mẫu với nguồn laser kích thích 532 nm. Cả hai mẫu đều có đỉnh kép liên quan với nickel tại 883.0/884.7 nm và tâm NV tại 575 và 637 nm với cường độ mạnh, ngoài ra còn tâm GR1 tại 741 nm.

Phổ PL của mẫu 0.30 ct thể hiện cường độ của tâm NV tại 575 nm rất mạnh, đây chính là nguyên nhân tạo ra phát huỳnh quang màu đỏ dưới DiamondView. Phổ PL của cả hai mẫu đều thê hiện cường độ của tâm NV0 tại 575 nm mạnh hơn rất nhiều so với tâm NV  tại 637 nm, đặc điểm này là một trong những dấu hiệu chính minh nguồn gốc thiên nhiên của hai mẫu kim cương này.

Hình 3: Phổ PL của mẫu 0.30 với nguồn laser kích thích 532 nm ở mức năng lượng cao hơn. Tâm NV có cường độ rất mạnh, hai đỉnh tại 648 và 776 nm được thấy rõ ràng hơn.

Ngoài ra khi kiểm tra mẫu 0.30 ct với nguồn laser kích thích 532 nm ở mức năng lượng, phổ PL còn phát hiện thêm đỉnh kép tại 648/649 nm và một đỉnh tại 776 nm (hình 3). Theo như những nghiên cứu trước đây thì đỉnh của phổ PL tại 648.2 và 776.4 nm liên quan với tạp chất boron trong kim cương thiên nhiên loại IIb có phát lân quang (Eaton-Magaña and Lu, 2011). Tuy nhiên những nghiên cứu sau này thì cho rằng đỉnh 648.2 nm thì liên quan với tổ hợp boron-interstitial, trong khi đó đỉnh 776.4 nm thì liên quan với tổ hợp boron-vacancy (S. Eaton-Magaña and T. Ardon, “Temperature effects on luminescence centers in natural type IIb diamonds,” Diamond and Related Materials, Vol. 69, 2016, pp. 86–95). Hai tâm này có thể giải thích một phần cho hiện tượng phát lân quang mạnh trong mẫu 0.30 ct. Trong khi đó mẫu 0.18 ct không xuất hiện hai tâm boron-interstitial và boron-vacancy, do đó hiện tượng phát lân quang mạnh có thể không phụ thuộc hoàn toàn vào hai tâm này.


Mặc dù màu phát huỳnh quang và phát lân quang dưới DiamondView và xuất hiện tạp chất liên quan với nickel trong phổ PL tương tự như kim cương tổng hợp HPHT, nhưng khi tổ hợp các kết quả phân tích dưới phổ hồng ngoại FTIR, phổ UV-Vis, phổ PL và quan sát dưới hai nicol vuông góc xác nhận rằng hai mẫu này là kim cương thiên nhiên. Hai mẫu này cho thấy sự đa dạng của màu phát quang và đặc điểm phổ PL, ngoài ra cũng góp phần vào sự hiểu biết toàn diện hơn về nguồn gốc của kim cương thiên nhiên.

                                                                                                       Dịch: Trần Minh Tân

                                                                                                                                         Tác giả: Shi Tang, Zhonghua Song, Taijin Lu, Jun Su, and Yongwang Ma

                                                                                                                                         Nguồn: GEMS & GEMOLOGY, WINTER 2017, VOL. 53, NO. 4

Trong tháng 1-2018, PNJLab cũng gặp một số mẫu phát lân quang mạnh dưới DiamondView tương tự như hai mẫu trên, trong đó có hai mẫu (0.60 và 0.33 ct, màu D) phát huỳnh quang và phát lân quang tương tự như mẫu 0.18 ct của bài báo trên, nhưng khi phân tích kĩ ảnh phát huỳnh quang thì không phát hiện cấu trúc tăng trưởng cubo-octeheral như thường thấy trong kim cương tổng hợp HPHT. Mẫu còn lại (0.36 ct, màu F) phát lân quang giống mẫu 0.30 ct nhưng màu phát huỳnh quang thì hơi khác, màu tía phớt đỏ (reddish purple) và xanh dương thay vì màu đỏ tươi. Phân tích phổ hồng ngoại FTIR xác nhận cả ba mẫu này đều là kim cương loại IIa. Khi quan sát dưới hai nicol vuông góc cả ba mẫu đều thể hiện sự biến dạng màu giao thoa với cấu trúc “tatami” rõ ràng, đặc trưng của kim cương thiên nhiên loại IIa. Qua những trường hợp trên có thể thấy tầm quan trọng của việc tổ hợp kết quả của nhiều phương pháp trong việc giám định kim cương, phân biệt kim cương thiên nhiên và kim cương tổng hợp chỉ với một phương pháp đơn lẻ không còn độ tin cậy nữa trong bối cảnh hiện tại.

Hình 4: Ảnh phát quang dưới DiamondView của mẫu 0.60 ct và 0.35 ct được chụp lại trong quá trình giám định tại PNJLab. Ảnh: Tran Minh Tan/PNJLab

Right ads