Спектроскопические особенности коричневых алмазов из россыпей Урала

Объект исследований. Дефектно-примесный состав выборки коричневых алмазов из россыпей западного склона Среднего/Северного Урала. Методы. Анализ характерных спектроскопических особенностей дефектов в алмазах проводился с помощью фотолюминесценции и ИК спектроскопии. Результаты. Изученные алмазы представляют собой округлые изометричные кристаллы додекаэдрического (тетрагексаэдрического) габитуса. Согласно результатам люминесценции (ФЛ) и инфракрасной спектроскопии можно выделить три группы кристаллов: (i) средне- и высокоазотные с низкой агрегацией и доминирующими дефектами H3 и 490.7 нм в спектрах ФЛ; (ii) средне- и высокоазотные с высокой агрегацией и преобладанием дефектов N3 в спектрах ФЛ; (iii) низкоазотные с низкой агрегацией и доминирующими дефектами S1 в спектрах ФЛ. Первая группа характеризуется зеленым свечением при возбуждении лазером с длиной волны 405 нм, для второй и третьей группы характерно голубое и желтое свечение, соответственно. Голубое свечение для кристаллов из выборки обусловлено, прежде всего, наличием центра N₃V. Данный дефект появляется как результат агрегационной последовательности примеси азота и соответствует алмазам, подвергшимся наиболее высокотемпературному отжигу (1100-1260°C). Алмазы, содержащие центр S1, характеризуются низким содержанием и агрегацией азота по сравнению с кристаллами других групп. Кристаллы алмаза группы (i), в спектрах ФЛ которых доминируют системы H3 и 490.7 нм, имеют более интенсивную коричневую окраску. Выводы. Полученные данные указывают на то, что отжиг при более высоких температурах ответственен за возникновение N3V центров в высокоагрегированных алмазах. Низкая агрегация %В1 и содержание азота связаны с наличием геттера азота (предположительно титана) в составе S1 центра. Интенсивная коричневая окраска проявляется в группе алмазов с доминирующими системами A, H3 и 490.7 нм, что указывает на возможную взаимосвязь азота и соответствующего оптического поглощения.

1. Бескрованов В.В. (2000) Онтогения алмаза. Новосибирск: Наука, 264 с.

2. Бокий Г.Б., Безруков Г.Н., Клюев Ю.А. (1986) Природные и синтетические алмазы. М.: Наука, 224 с.

3. Орлов Ю.Л. (1984) Минералогия алмаза. Изд. 2-е. М.: Наука, 170 с.

4. Третьякова Л.И., Люхин А.М. (2016) Импактно-космогенно-метасоматическое происхождение микроалмазов месторождения Кумды-Коль, Северный Казахстан. Отеч. геология, (2), 69-77.

5. Byrne K.S., Anstie J.D., Chapman J.G., Luiten A.N. (2012) Optically reversible photochromism in natural pink diamond. Diam. Relat. Mater., 30, 31-36. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2012.09.005

6. Cartigny P. (2005) Stable isotopes and the Origin of Diamond. Elements, 1(2), 79-84. https://doi.org/10.2113/gselements.1.2.79

7. Collins A.T., Connor A., Ly C.H., Shareef A., Spear P.M. (2005) High-temperature annealing of optical centers in type-I diamond. J. appl. Phys., 97, 083517. https://doi.org/10.1063/1.1866501

8. Deljanin B., Herzog F., Bieri W., Alessandri M., Gunther D., Frick D.A., Cleveland E., Zaitsev A.M., Peretti A. (2013) New generation of synthetic diamonds reaches the market Part B: identification of treated CVD-grown pink diamonds from Orion (PDC). Contrib. Gemol., 14, 21-40.

9. Dobrinets I., Vins V., Zaitsev A. (2013) HPHT-treated diamonds: diamonds forever. Springer series in materials science, 181, 257 p. https://doi.org/10.1007/978-3-642-37490-6

10. Eldridge C., Compston W., Williams I. (1991) Isotope evidence for the involvement of recycled sediments in diamond formation. Nature, 353, 649-653. https://doi.org/10.1038/353649a0

11. Emerson E. (2009) Diamond: With hydrogen cloud and etch channels. Gems & Gemology, 45, 209-210.

12. Etmimi K.M., Goss J.P., Briddon P.R., Gsiea A.M. (2010) A density functional theory study of models for the N3 and OK1 EPR centres in diamond. J. Phys.: Condens. Matter., 22(38), 385502. https://doi.org/10.1088/0953-8984/22/38/385502

13. Fedortchouk Ya. (2019) A new approach to understanding diamond surface features based on a review of experimental and natural diamond studies. Earth-Sci. Rev., 193, 45-65. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2019.02.013

14. Fritsch E. (1998) The nature of color in diamonds. The Nature of Diamonds. Cambridge: Cambridge University Press, 23-47.

15. Gaillou E., Post J., Bassim N., Zaitsev A.M., Rose T., Fries M., Stroud R.M., Steele A., Butler J.E. (2010) Spectroscopic and microscopic characterization of color lamellae in natural pink diamonds. Diam. Relat. Mater., 19, 1207-1220. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2010.06.015

16. Gaillou E., Post J.E., Rose T., Butler J.E. (2012) Cathodoluminescence of Natural, Plastically Deformed Pink Diamonds. Microsc. Microanal., 18, 1292-1302. https://doi.org/10.1017/S1431927612013542

17. Green B.L., Collins A.T., Breeding C.M. (2022) Diamond Spectroscopy, Defect Centers, Color, and Treatments. Rev. Miner. Geochem., 88(1), 637-688. https://doi.org/10.2138/rmg.2022.88.12

18. Goss J.P., Briddon P.R., Hill V., Jones R., Rayson M.J. (2014) Identification of the structure of the 3107 cm-1 H-related defect in diamond. J. Phys.: Condens. Matter., 26(14), 145801. https://doi.org/10.1088/0953-8984/26/14/145801

19. Hainschwang T. (2003) Classification and Color Origin of Brown Diamonds. Bachelor's Thesis. Nantes, Universite de Nantes, 91 p.

20. Hainschwang T., Simic D., Fritsch E., Deljanin B., Woodring S., DelRe N. (2005) A Gemological Study of a Collection of Chameleon Diamonds. Gems & Gemology, 41(1), 20-34. https://doi.org/10.5741/gems.41.1.20

21. Hainschwang T., Notari F., Pamies G. (2020) A Defect Study and Classification of Brown Diamonds with Deformation-Related Color. Minerals, 10(10), 903. https://doi.org/10.3390/min10100903

22. Harris J.W., Hawthorne J.B., Oosterveld M.M. (1979) Regional and local variations in the characteristics of diamonds from some southern African kimberlites. Proc. Second int. Kimberlite Conf., 1, 27-41. https://doi.org/10.29173/ikc967

23. Harris J.W. (1992) Diamond geology. The properties of natural and synthetic diamond. London: Academic Press, 345-393.

24. Iakoubovskii K., Adriaenssens G.J. (1999) Photoluminescence in CVD Diamond Films. J. Phys. Stat. Sol. (a), 172(1), 123-129. https://doi.org/10.1002/(SICI)1521-396X(199903)172:13.3.CO;2-5

25. Iakoubovskii K., Adriaenssens G.J. (2001) Trapping of vacancies by defects in diamond. J. Phys.: Condens. Matter., 13, 6015-6018. https://doi.org/10.1088/0953-8984/13/26/316

26. Jones R. (2009) Dislocations, vacancies and the brown colour of CVD and natural diamond. Diam. Relat. Mater., 18, 820-826. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2008.11.027

27. Jones R., Hounsome L.S., Fujita N., Oberg S., Briddon P.R. (2007) Electrical and optical properties of multivacancy centres in diamond. Phys. Stat. Sol., 204(9), 3059-3064. https://doi.org/10.1002/pssa.200776311

28. Kiflawi I., Bruley J., Luiten W., van Tendeloo G. (1998) ‘Natural' and ‘man-made' platelets in type-la diamonds. Phil. Mag., B, 78, 299-314. https://doi.org/10.1080/13642819808205733

29. Laidlaw F.H.J., Diggle P.L., Breeze B.G., Dale M.W., Fisher D., Beanland R. (2021) Spatial distribution of defects in a plastically deformed natural brown diamond. Diam. Relat. Mater., 117, 108465. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2021.108465

30. Massi L., Fritsch E., Collins A.T., Hainschwang T., Notari F. (2005) The “amber centers” find their relation to the brown colour in diamond. Diam. Relat. Mater., 14, 1623-1629. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2005.05.003

31. Nadolinny V.A., Yelisseyev A.P. (1994) New Paramagnetic Centres Containing Nickel Ions in Diamond. Diam. Relat. Mater., 3, 17-21. https://doi.org/10.1016/0925-9635(94)90024-8

32. Nadolinny V.A., Yurjeva O.P., Pokhilenko N.P. (2009a) EPR and luminescence data on the nitrogen aggregation in diamonds from Snap Lake dyke system. Lithos, 112(2), 865-869. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2009.05.045

33. Nadolinny V.A., Yuryeva O.P., Chepurov A.I., Shatsky V.S. (2009б) Titanium Ions in the Diamond. Structure: Model and Experimental Evidence. Appl. Magn. Res., 36, 109. https://doi.org/10.1007/s00723-009-0013-7

34. Nadolinny V., Yuryeva O.P., Rakhmanova M.I., Shatsky V.S., Kupriyanov I.N., Zedgenizov D.A. (2012) Distribution of OK1, N3 and NU1 defects in diamond crystals of different habits. Europ. J. Mineral., 24(4), 645-650. https://doi.org/10.1127/0935-1221/2012/0024-2173

35. Nadolinny V.A., Shatsky V.S., Yuryeva O.P., Rakhmanova M.I., Komarovskikh A.Yu., Kalinin A.A., Palyanov Yu.N. (2020) Formation features of N3V centers in diamonds from the Kholomolokh placer in the Northeast Siberian Craton. Phys. Chem. Minerals, 47, 4. https://doi.org/10.1007/s00269-019-01070-w

36. Nadolinny V.A., Yurjeva O.P., Rakhmanova M.I., Komarovskikh A.Yu., Shatsky V.S. (2023) Features of the defect-impurity composition of diamonds from the northern Istok and Mayat placers (Yakutia) according to EPR, IR, and luminescence data. Phys. Chem. Minerals, 50(1), 3. https://doi.org/10.1007/s00269-022-01227-0

37. Newton M.E., Baker J.M. (1989) 14N ENDOR of the OK1 centre in natural type Ib diamond. J. Phys.: Condens. Matter., 1, 10549-10560. https://doi.org/10.1088/0953-8984/1/51/024

38. Phaal C. (1964) Plastic deformation of diamond. The Philosophical Magazine: a Journal of Theoretical Experimental and applied Physics, 10(107), 887-891. https://doi.org/10.1080/14786436408225392

39. Rakhmanova M.I., Komarovskikh A.Yu., Palyanov Y.N., Kalinin A.A., Yuryeva O.P., Nadolinny V.A. (2021) Diamonds from the Mir Pipe (Yakutia): Spectroscopic Features and Annealing Studies. Crystals, 11, 366. https://doi.org/10.3390/cryst11040366

40. Rakhmanova M.I., Komarovskikh A.Yu., Ragozin A.L., Yuryeva O.P., Nadolinny V.A. (2022) Spectroscopic features of electron irradiated diamond crystals from Mir kimberlite pipe, Yakutia. Diam. Relat. Mater., 126, 109057. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2022.109057

41. Reinitz I.E., Buerki P.R., Shigley J.E., McClure S.F., Moses T.M. (2000) Identification of heat-treated yellow to green diamond. Gems & Gemology, 36, 128-137. https://doi.org/10.5741/GEMS.36.2.128

42. Shcherbakova M.Ya., Sobolev E.V., Nadolinny V.A., Aksenov V.K. (1975) Defects in plastically-deformed diamonds, as indicated by optical and EPR spectra. Dokl. Akad. Nauk SSSR, 225, 566-568.

43. Shigley J.E., Chapman J., Ellison R.K. (2001) Discovery and mining of the Argyle diamond deposit, Australia. Gems & Gemology, 37 (1), 26-41. https://doi.org/10.5741/GEMS.37.1.26

44. Shigley J.E., Fritsch E. (1993) A notable red-brown diamond. J. Gemm., 23, 259-266.

45. Skuzovatov S.Yu., Zedgenizov D.A., Rakevich A.L., Shatsky V.S., Martynovich E.F. (2015) Multiple growth events in diamonds with cloudy microinclusions from the Mir kimberlite pipe: evidence from the systematics of optically active defects. Russ. Geol. Geophys., 56(1-2), 330-343. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2015.01.024

46. Smith C.P., Bosshart G., Ponahlo J., Hammer V.M.F., Klapper H., Schmetzer K. (2000) GE POL diamonds: before and after. Gems & Gemology, 36(3), 192-215. https://doi.org/10.5741/GEMS.36.3.192

47. Speich L., Kohn S.C., Bulanova G.P., Smith C.B. (2018) The behaviour of platelets in natural diamonds and the development of a new mantle thermometer. Contrib. Mineral. Petrol., 173(5), 39. https://doi.org/10.1007/s00410-018-1463-4

48. Taylor W.R., Canil D., Milledge J. (1996) Kinetics of Ib to IaA Nitrogen Aggregation in Diamond. Geochim. Cosmochim. acta, 60, 4725-4733. https://doi.org/10.1016/S0016-7037(96)00302-X

49. Titkov S.V., Shigley J.E., Breeding C.M., Mineeva R.M., Zudin N.G., Sergeev A.M. (2008) Natural color purple diamonds from Siberia. Gems & Gemology, 44(1), 56-64. https://doi.org/10.5741/GEMS.44.1.56

50. Tretiakova L. (2009) Spectroscopic Methods for the Identification of Natural Yellow Gem-Quality Diamonds. Europ. J. Mineral., 21, 43-50. https://doi.org/10.1127/0935-1221/2009/0021-1885

51. Van Royen J., Pal'yanov Yu.N. (2002) High-pressure-high-temperature treatment of natural diamonds. J. Phys.: Condens. Matter, 14, 44. https://doi.org/10.1088/0953-8984/14/44/408

52. Wang W., Smith C.P., Hall M.S., Breeding C.M., Moses T.M. (2005) Treated-Color Pink-To-Red Diamonds from Lucent Diamonds Inc. Gems & Gemology, 41, 1. https://doi.org/10.5741/GEMS.41.1.6

53. Woods G.S. (1986) Platelets and the infrared absorption of type Ia diamonds. Proc. R. Soc. a, 407(1832), 219-238. https://doi.org/10.1098/rspa.1986.0094

54. Yang Z., Liang R., Zeng X., Peng M. (2012) A microscopy and FTIR and PL spectra study of polycrystalline diamonds from Mengyin kimberlite pipes, ISRN Spectrosc. https://doi.org/10.5402/2012/871824

55. Yelisseyev A., Babich Y., Nadolinny V., Fisher D., Feigelson B. (2002) Spectroscopic study of HPHT synthetic diamonds as grown at 1500°C. Diam. Relat. Mater., 11, 22. https://doi.org/10.1016/S0925-9635(01)00526-X

56. Yuryeva O.P., Rakhmanova M.I., Nadolinny V.A., Zedgenizov D.A., Shatsky V.S., Kagi H., Komarovskikh A.Y. (2015) The characteristic photoluminescence and EPR features of superdeep diamonds (Sao-Luis, Brazil). Phys. Chem. Minerals, 42(9), 707-722. https://doi.org/10.1007/s00269-015-0756-7

57. Yuryeva O.P., Rakhmanova M.I., Zedgenizov D.A. (2017) Nature of type IaB diamonds from the Mir kimberlite pipe (Yakutia): evidence from spectroscopic observation. Phys. Chem. Minerals, 44(9), 655-667. https://doi.org/10.1007/s00269-017-0890-5

58. Yuryeva O.P., Rakhmanova M.I., Zedgenizov D.A., Kalinina V.V. (2020) Spectroscopic evidence of the origin of brown and pink diamonds family from Internatsionalnaya kimberlite pipe (Siberian craton). Phys. Chem. Minerals, 47(4), 20. https://doi.org/10.1007/s00269-020-01088-5

59. Zaitsev A.M. (2001) Optical properties of diamond: a data handbook. Berlin, Springer, 502 p. https://doi.org/10.1007/978-3-662-04548-0