Kim cương thiên nhiên loại IIa phát huỳnh quang màu đỏ tươi


Hình 1: Viên kim cương này có trọng lượng là  0.40 ct, màu D, thuộc loại IIa và phát huỳnh quang màu đỏ tươi do tâm nitrogen-vacancy. Ảnh: Nuttapol Kitdee.

  

Tâm nitrogen-vacancy (NV) được tạo ra trong những viên kim cương có chứa tạp chất nitrogen (N) khi một nguyên tử nitrogen kết hợp với một vacancy (vacancy: một lổ hổng trong mạng tinh thể), tâm này tồn tại ở hai trạng thái: không mang điện tích NV0 và mang điện tích âm NV-. Sử dụng phổ photoluminescence (PL) sẽ xác định được tâm NV với đỉnh 575 nm là tâm NV0 và 637 nm là tâm NV-. Trong kim cương thiên nhiên loại IIa, hàm lượng tâm NV thường rất ít và tâm NV0 (575 nm) tương đối nhiều hơn tâm NV- (637 nm). Vì vậy, hầu hết kim cương thiên nhiên loại IIa phát huỳnh quang màu xanh dương khi được kiểm tra dưới sóng ngắn tia cực tím (bước sóng khoảng 230 nm) của thiết bị DiamondView do chứa tâm N3 hoặc do sự biến dạng mạng tinh thể (dislocation). Tuy nhiên, gần đây phòng thí nghiệm tại Bangkok đã kiểm tra một viên kim cương thiên nhiên không màu loại IIa phát huỳnh quang màu đỏ tươi dưới DiamondView do hàm lượng tâm NV cao.

 

Viên kim cương này có dạng hình tròn, trọng lượng là 0.40 ct, màu D, độ tinh khiết SI1 do có vết nứt từ bề mặt đi sâu vào trong viên đá (hình 1). Phổ hồng ngoại xác nhận viên kim cương này loại IIa. Kiểm tra dưới kính hiển vi với ánh sáng phân cực phát hiện hiệu ứng tatami tương đối mạnh với màu giao thoa thấp (hình 2). Kiểm tra dưới thiết bị DiamondView phát hiện viên kim cương này phát huỳnh quang màu đỏ bất thường (hình 3), màu phát huỳnh quang này tương tự như kim cương tổng hợp CVD có chứa tạp chất nitrogen. Tuy nhiên, khi phân tích kĩ ảnh dưới DiamondView lại phát hiện cấu trúc mạng lưới (networks) đặc trưng của kim cương thiên nhiên loại IIa cùng với cấu trúc tăng trưởng dạng vòng cây (tree-ring) – cấu trúc này rất hiếm trong kim cương thiên nhiên loại IIa nhưng phổ biến trong kim cương thiên nhiên loại Ia.

 

Hình 2: Khi quan sát viên kim cương dưới ánh sáng phân cực phát hiện hiệu ứng tatami với màu giao thoa thấp, đây là đặc điểm của quá trình tăng trưởng tự nhiên. Ảnh: Charuwan Khowpong

 

Hình 3: Viên kim cương 0.40 ct này phát huỳnh quang màu đỏ dưới thiết bị DiamondView, đây là đặc bất thường của kim cương thiên nhiên loại IIa.. Phát huỳnh quang màu đỏ liên quan tới cường độ phát xạ của tâm NV, ngoài ra còn quan sát được cấu trúc mạng lưới đặc trưng của kim cương thiên nhiên loại IIa cùng với cấu trúc vòng cây. Ảnh: Wuyi Wang

 

Để xác định viên kim cương này có khả năng bị xử lý hay không, chúng tôi đã tiến hành đo phổ PL tại nhiệt độ nitrogen lỏng với một số nguồn laser kích thích. Với nguồn laser 514 nm, phổ PL thể hiện những đỉnh rất mạnh của tâm NV0 (575 nm) và tâm NV- (637 nm), trong đó cường độ của tâm NV0 mạnh hơn tâm NV- (hình 4), những đỉnh phổ này rất hiếm khi xuất hiện trong kim cương thiên nhiên loại IIa. Nguồn kích thích sóng ngắn tia cực tím với bước sóng khoảng 230 nm sẽ rất hiệu quả trong việc kích thích hiện tượng phát huỳnh quang từ tâm NV-, nên trong trường hợp viên kim cương này phát huỳnh quang màu đỏ dưới DiamondView là do hàm lượng tương đối cao của tâm NV-.

 

Hình 4: Phổ PL tại nhiệt độ nitrogen lỏng, với nguồn laser 514 nm thể hiện những đỉnh mạnh tại 575 và 637 nm do tâm NV0 và NV-.

  

Cả đặc điểm quang phổ và đặc điểm ngọc học đều xác nhận viên kim cương này là thiên nhiên. Cấp độ màu cao cùng với phát huỳnh quang màu đỏ của kim cương thiên nhiên loại IIa là trường hợp rất hiếm khi xuất hiện.

 

Nguồn: Wasura Soonthorntantikul và Wuyi Wang (2016) G&G, Vol. 52 , No. 2, pp. 189-190

Dịch: Trần Minh Tân

Công ty TNHH Một Thành Viên Giám Định PNJ

52A-52B Nguyễn Văn Trỗi, P15, Q.Phú Nhuận, TP.Hồ Chí Minh

ĐT: 84-8-3 8446199 - Fax: 84-8-39956123 - Email: pnjl@.pnjl.com.vn