Закономерности проявления азотных дефектов в кристаллах алмаза уральского типа

• Автор: Нефедов, Юрий Викторович
• Шифр специальности: 25.00.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 151 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ АЛМАЗОВ УРАЛЬСКОГО ТИПА
1Л Особенности алмазов уральского типа
1.2 Условия образования алмазов уральского типа
1.3 Представления о коренных источниках алмазов уральского типа
1.4 Исследование алмазов уральского типа спектроскопическими методами
1.5 Выводы по первой главе
ГЛАВА 2 МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ АЛМАЗОВ
2.1 Основные дефекты в кристаллах алмаза
2.2 Температурная зависимость концентрации азота и степени агрегации
азотных дефектов
2.3 Основы метода ИК-спектроскопии при исследовании алмазов
2.4 Методика исследования методом ИК-Фурье спектроскопии
2.5 Методика исследования методом оптической спектроскопии
2.6 Методика исследования методом фотолюминесценции
2.7 Методика морфологического описания алмазов
2.8 Выводы по второй главе
ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЕ АЛМАЗОВ СПЕКТРОСКОПИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ
3.1 Исследование алмазов Урала
3.2 Исследование алмазов Бразилии
3.3 Исследование алмазов Анабаро-Оленекского междуречья
3.3.1 Исследование методом ИК-спектроскопии
3.3.2 Исследование окраски алмазов

3.3.3 Исследование методом фотолюминесценции
3.4 Выводы по третьей главе
ГЛАВА 4 СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ КРИСТАЛЛОВ УРАЛА, БРАЗИЛИИ И АНАБАРО-ОЛЕНЕКСКОГО МЕЖДУРЕЧЬЯ
4.1 Морфологические особенности алмазов уральского типа
4.2 Сравнительный анализ кристаллов Урала, Бразилии и Анабаро-Оленекского междуречья методом ИК-спектроскопии
4.3 Сопоставление алмазов россыпных и коренных месторождений
4.4 Особенности онтогенеза кристаллов алмазов уральского типа
4.5 Выводы по четвертой главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследования. Алмазы уральского типа, объединяющие округлые кристаллы этого минерала, для которых не характерны присущие большинству алмазов из месторождений кимберлит-лампроитового типа плоскогранные формы, давно обратили на себя внимание, как специфическими морфологическими особенностями, так и высоким выходом ювелирных разностей. Результаты их изучения нашли отражение в многочисленных публикациях А. Е. Ферсмана, М. А. Гневушева, А. А. Кухаренко, Ю. Л. Орлова, И. И. Шафрановского, Л. И. Лукьяновой, А. Б. Макеева,
И. И. Чайковского, В. И. Ракина, В. А. Петровского и многих других исследователей (библиография только по уральским алмазам включает более 4000 источников).
Важнейшей особенностью месторождений алмазов уральского типа является отсутствие достоверно установленных коренных источников россыпей, не смотря на то, что многие из них разрабатываются более 100 лет. Диапазон предположений о возможных типах коренных источников этих россыпей весьма велик: от полностью эродированных древних кимберлитовых тел до современных алмазоносных туффизитов. В условиях отсутствия достоверных данных о коренных источниках и редкости находок минералов-спутников в этих россыпях именно сами алмазы могут являться наиболее важными источниками информации о генетических особенностях потенциальных коренных источников. Поэтому исследования, основанные на анализе кристаллохимических особенностей этого минерала, могут способствовать пониманию специфики процессов их образования и решению вопроса возможных коренных источниках алмазов уральского типа.
Одной из важнейших кристаллохимический особенностей алмазов является наличие в нем структурной примеси азота, для выявления особенностей проявления которой в кристаллах алмаза достаточно давно и успешно используется метод ИК-спектроскопии. Большой вклад в разработку спектроскопических методов исследования кристаллов алмаза внесли

- возможность расчета толщины кристалла по спектру;
- возможность изменения скорости и чувствительности сканирования с уменьшением количества внешних шумов;
- локальность метода позволяет получать как интегральные по кристаллу характеристики, так и исследовать внутренние неоднородности, микрокристаллы.
- возможность определения концентраций примесей в диапазоне от тысячных до первых атомных процентов.
В качестве дополнительных методов исследования для части выборок использовались метод фотолюминесценции и оптической спектроскопии.
2.1 Основные дефекты в кристаллах алмаза
С позиции физики твердого тела алмаз, так же как германий и кремний, является широкозонным полупроводником, поэтому оптические процессы в нем определяются примесями и дефектами кристаллической структуры [59, 90]. Набор примесей и дефектов в природных алмазах чрезвычайно обширен и разнообразен. В алмазах обнаружено около 300 оптически активных центров, в том числе около 20 разновидностей азотных дефектов и примерно 10 типов собственных [117]. Этим центрам соответствует более 2000 полос в спектрах поглощения, спектрах люминесценции и катодолюминесценции, которые расшифрованы лишь частично. Примеси и дефекты в алмазе принадлежат к глубоким центрам, и их оптическая активность обусловлена, как правило, внутрицентровыми переходами [20]. Вследствие высокой симметрии Рс13т в алмазе отсутствует собственное однофононное поглощение [20], однако собственные или примесные дефекты приводят к локальному снижению симметрии и появлению одпофононного поглощения.
Основной примесью в кристаллах алмаза является азот [20]. Концентрация азота может составлять до 0,2 атомных процента. В процессе образования алмаза происходит захват отдельных атомов азота. В зависимости от температурных и временных условий атомы азота могут формировать различные дефекты кристаллической структуры А (рисунок 2.1), В1 (рисунок 2.3), С (рисунок 2.5), В2 (рисунок 2.8) и N3 (рисунок 2.10) [20].