Nhiệt Phát Quang Từ Kim Cương Kiểu IaB (Bản tin tháng 04/2013)

Các đặc điểm phát quang của kim cương được ghi nhận rất nhiều trong tài liệu khoa học. Việc phân tích các phản ứng phát huỳnh quang, phát lân quang, phát quang âm cực và phát quang bức xạ thì vô cùng có ý nghĩa đối với các phòng giám định đá quý trong việc xác định kim cương tự nhiên, tăng trưởng trong phòng thí nghiệm hay xử lý màu. Nhiệt phát quang (TL), sự tái giải phóng năng lượng dự trữ như tia lửa trong phản ứng tạo nhiệt, cũng được quan sát thấy trong kim cương tuy nhiên giá trị của nó đối với các chuyên viên giám định thì hầu như không có ý nghĩa.

Hình 7: Viên kim cương không màu kiểu IaB này (~0,75 ct) được làm mát trong bồn nitrogen lỏng trong quá trình phân tích PL với tia laser 325 nm. Khi viên đá được lấy ra khỏi bồn và làm ấm bằng nhiệt độ phòng thì chúng phát ra nhiệt phát quang màu xanh trong chốc lát. Ảnh chụp bởi Robert Weldon.

Trong suốt quá trình nghiên cứu phát quang bức xạ các viên kim cương gần không màu tại phòng giám định Carlsbad, nhóm nghiên cứu thấy xảy ra phản ứng nhiệt phát quang rất thú vị từ một số viên đá. Sau khi chiếu dưới bức xạ laser 325 nm cùng lúc với việc làm mát bằng nhiệt nitrogen hóa lỏng (~77 K), nhiều viên kim cương kiểu thuần IaB có sự phát quang trong thời gian ngắn khi chúng được lấy ra khỏi thùng đông lạnh và được làm ấm ở nhiệt độ trong phòng (hình 7). Nhóm nghiên cứu không ghi nhận thấy đặc tính này trong những viên kim cương kiểu khác được quan sát trong những điều kiện như nhau. Kim cương kiểu thuần IaB chịu sự chi phối bởi các tạp chất nitrogen kết tập kiểu B (~1175 cm-1 trong phổ FTIR; hình 8) và tương đối không phổ biến trong số các viên kim cương chứa nitrogen. Sự giải phóng năng lượng tạo nhiệt phát quang quan sát được trên các viên kim cương diễn ra trong thời gian ngắn (<2 giây), hầu hết có màu xanh và thay đổi từ mạnh đến rất yếu. Một số mẫu có phát xạ màu lục.

Hình 8: Phổ FTIR minh họa các viên kim cương có bức xạ nhiệt phát quang là kiểu gần thuần IaB, biểu hiện qua dãy hấp thu ở 1175 cm-1.

Để xác định chỗ hỏng mạng tinh thể gây nên hiện tượng phát quang, nhóm nghiên cứu đo sự bức xạ nhiệt phát quang bằng phổ kế CCD xách tay. Các viên kim cương có đặc tính nhiệt phát quang màu xanh sẽ có dãy phát quang rộng từ ~410 đến 510 nm. Phổ phát quang bức xạ ghi nhận từ cùng những viên đá đó, sử dụng bức xạ laser 325 nm cho thấy sự hiện diện tâm sai hỏng N3 rất mạnh (415 nm), điều đó giống với nguyên nhân gây bức xạ TL màu xanh (hình 9). Viên kim cương nhiệt phát quang màu lục có một dãy phát quang từ ~490 đến 550 nm, điều đó nhóm nghiên cứu cho là do các sai hỏng H3 (503,2 nm) được ghi nhận tương đồng trong phổ phát quang bức xạ của các mẫu này.

Hình 9: Phân tích PL các viên kim cương kiểu IaB có bức xạ nhiệt phát quang màu xanh cho thấy chỗ hỏng N3 nhô lên (đỉnh 415 nm), điều đó có thể là nguyên nhân của trạng thái nhiệt phát quang.

Do trạng thái nhiệt phát quang rất hạn chế đối với các viên kim cương kiểu gần thuần IaB nên lý do tạo nên điều này vẫn còn chưa rõ. Nitrogen kết tập kiểu B kết hợp với các chỗ hỏng mạng cũng có thể là một trong số các nguyên nhân. Hơn nữa, như đã biết các tạp chất nitrogen kết tập kiểu A có khuynh hướng làm mất tính phát quang. Lưu ý rằng khi kết tập kiểu A ngày càng nhiều hơn thì bức xạ TL sẽ biến mất, thậm chí trong các viên đá có sự tập trung cao kết tập kiểu B. Vì không có sự giải thích rõ ràng nào về mối liên quan giữa trạng thái TL này với kim cương kiểu thuần IaB nên hiệu ứng phát quang này là một kết quả phụ thú vị của việc kiểm tra trong phòng giám định. (Công Ty TNHH Giám Định Rồng Vàng – SJC lược dịch theo David Nelson và Christopher M. Breeding trong Lab Notes, quyển G&G Spring 2011)