Las imperfecciones en la red cristalina del diamante son comunes. Dichos defectos cristalográficos en el diamante pueden ser el resultado de irregularidades en la red o impurezas extrínsecas sustitutivas o intersticiales, introducidas durante o después del crecimiento del diamante. Los defectos afectan las propiedades del material del diamante y determinan a qué tipo se asigna un diamante; los efectos más dramáticos se encuentran en el color del diamante y la conductividad eléctrica , como lo explica la estructura de la banda electrónica .
Los defectos pueden ser detectados por diferentes tipos de espectroscopía , incluyendo resonancia paramagnética electrónica (EPR), luminiscencia inducida por luz ( fotoluminiscencia , PL) o haz de electrones ( catodoluminiscencia , CL) y absorción de luz en el infrarrojo (IR), visible y Partes UV del espectro. El espectro de absorción se utiliza no solo para identificar los defectos, sino también para estimar su concentración; también puede distinguir los diamantes naturales de los sintéticos o mejorados . [1]
Etiquetado de centros de diamantes
Existe una tradición en la espectroscopia de diamantes de etiquetar un espectro inducido por defectos con un acrónimo numerado (por ejemplo, GR1). Esta tradición se ha seguido en general con algunas desviaciones notables, como los centros A, B y C. Sin embargo, muchas siglas son confusas: [2]
- Algunos símbolos son demasiado similares (por ejemplo, 3H y H3).
- Accidentalmente, se dieron las mismas etiquetas a diferentes centros detectados por EPR y técnicas ópticas (por ejemplo, el centro N3 EPR y el centro óptico N3 no tienen relación). [3]
- Mientras que algunos acrónimos son lógicos, como N3 (N para natural, es decir, observado en diamante natural) o H3 (H para calentado, es decir, observado después de irradiación y calentamiento), muchos no lo son. En particular, no existe una distinción clara entre el significado de las etiquetas GR (radiación general), R (radiación) y TR (radiación de tipo II). [2]
Defecto de simetría
Los grupos de puntos describen la simetría de los defectos en los cristales . Se diferencian de los grupos espaciales que describen la simetría de los cristales por la ausencia de traslaciones y, por lo tanto, son mucho menos numerosos. En el diamante, hasta ahora solo se han observado defectos de las siguientes simetrías: tetraédrico (T d ), tetragonal (D 2d ), trigonal (D 3d , C 3v ), rómbico (C 2v ), monoclínico (C 2h , C 1h , C 2 ) y triclínico (C 1 o C S ). [2] [4]
La simetría del defecto permite predecir muchas propiedades ópticas. Por ejemplo, la absorción de un fonón (infrarrojo) en una red de diamante puro está prohibida porque la red tiene un centro de inversión . Sin embargo, la introducción de cualquier defecto (incluso "muy simétrico", como un par de sustitución NN) rompe la simetría del cristal y da como resultado una absorción de infrarrojos inducida por defectos, que es la herramienta más común para medir las concentraciones de defectos en el diamante. [2]
En el diamante sintético cultivado por síntesis de alta presión a alta temperatura [5] o deposición química de vapor , [6] [7] los defectos con simetría más baja que la tetraédrica se alinean con la dirección del crecimiento. Este alineamiento también se ha observado en el arseniuro de galio [8] y, por lo tanto, no es exclusivo del diamante.
Defectos extrínsecos
Varios análisis elementales del diamante revelan una amplia gama de impurezas. [9] Sin embargo, en su mayoría se originan a partir de inclusiones de materiales extraños en el diamante, que podrían ser nanométricos e invisibles en un microscopio óptico . Además, prácticamente cualquier elemento puede martillarse en diamante mediante implantación de iones . Más esenciales son los elementos que se pueden introducir en la red del diamante como átomos aislados (o pequeños grupos atómicos) durante el crecimiento del diamante. Para 2008, esos elementos son nitrógeno , boro , hidrógeno , silicio , fósforo , níquel , cobalto y quizás azufre . El manganeso [10] y el tungsteno [11] se han detectado de forma inequívoca en el diamante, pero pueden provenir de inclusiones extrañas. La detección de hierro aislado en el diamante [12] se ha reinterpretado posteriormente en términos de micropartículas de rubí producidas durante la síntesis del diamante. [13] Se cree que el oxígeno es una impureza importante en el diamante, [14] pero aún no se ha identificado espectroscópicamente en el diamante. [ cita requerida ] Dos centros de resonancia paramagnética de electrones (OK1 y N3) se han asignado inicialmente a los complejos nitrógeno-oxígeno, y más tarde a los complejos relacionados con el titanio. [15] Sin embargo, la asignación es indirecta y las concentraciones correspondientes son bastante bajas (pocas partes por millón). [dieciséis]
Nitrógeno
La impureza más común en el diamante es el nitrógeno, que puede comprender hasta el 1% de un diamante en masa. [14] Anteriormente, se pensaba que todos los defectos de celosía en el diamante eran el resultado de anomalías estructurales; investigaciones posteriores revelaron que el nitrógeno está presente en la mayoría de los diamantes y en muchas configuraciones diferentes. La mayor parte del nitrógeno entra en la red del diamante como un solo átomo (es decir, las moléculas que contienen nitrógeno se disocian antes de la incorporación), sin embargo, el nitrógeno molecular también se incorpora al diamante. [17]
La absorción de la luz y otras propiedades materiales del diamante dependen en gran medida del contenido de nitrógeno y del estado de agregación. Aunque todas las configuraciones de agregados provocan absorción en el infrarrojo , los diamantes que contienen nitrógeno agregado suelen ser incoloros, es decir, tienen poca absorción en el espectro visible. [2] Las cuatro formas principales de nitrógeno son las siguientes:
Centro de nitrógeno C
El centro C corresponde a átomos de nitrógeno sustitutivos individuales eléctricamente neutros en la red de diamante. Estos se ven fácilmente en electrones paramagnéticos resonancia espectros [18] (en la que se les llama confusamente centros P1). Los centros C imparten un color amarillo intenso a marrón; estos diamantes se clasifican como tipo Ib y se conocen comúnmente como "diamantes canarios", que son raros en forma de gema . La mayoría de los diamantes sintéticos producidos mediante la técnica de alta presión y alta temperatura (HPHT) contienen un alto nivel de nitrógeno en forma C; La impureza de nitrógeno se origina en la atmósfera o en la fuente de grafito. Un átomo de nitrógeno por cada 100.000 átomos de carbono producirá un color amarillo. [19] Debido a que los átomos de nitrógeno tienen cinco electrones disponibles (uno más que los átomos de carbono que reemplazan), actúan como " donantes profundos "; es decir, cada nitrógeno de sustitución tiene un electrón extra para donar y forma un nivel de energía de donante dentro de la banda prohibida . La luz con energía por encima de ~ 2,2 eV puede excitar los electrones donantes hacia la banda de conducción , lo que da como resultado el color amarillo. [20]
El centro C produce un espectro de absorción infrarrojo característico con un pico agudo a 1344 cm -1 y una característica más amplia a 1130 cm -1 . La absorción en esos picos se usa habitualmente para medir la concentración de nitrógeno individual. [21] Otra forma propuesta, utilizando la absorción de UV a ~ 260 nm, se descartó más tarde por no ser confiable. [20]
Los defectos del receptor en el diamante ionizan el quinto electrón de nitrógeno en el centro C convirtiéndolo en centro C +. Este último tiene un espectro de absorción de IR característico con un pico agudo en 1332 cm -1 y picos más amplios y débiles en 1115, 1046 y 950 cm -1 . [22]
Centro de nitrógeno A
El centro A es probablemente el defecto más común en los diamantes naturales. Consiste en un par de átomos de nitrógeno neutrales vecinos más cercanos que sustituyen a los átomos de carbono. El centro A produce un umbral de absorción de UV a ~ 4 eV (310 nm, es decir, invisible a los ojos) y, por lo tanto, no produce coloración. Diamante que contiene nitrógeno predominantemente en forma A clasificado como tipo IaA . [23]
El centro A es diamagnético , pero si es ionizado por luz ultravioleta o aceptores profundos, produce un espectro de resonancia paramagnética de electrones W24, cuyo análisis demuestra sin ambigüedades la estructura N = N. [24]
El centro A muestra un espectro de absorción IR sin rasgos nítidos, que es claramente diferente al de los centros C o B. Su pico más fuerte a 1282 cm −1 se usa habitualmente para estimar la concentración de nitrógeno en la forma A. [25]
Centro de nitrógeno B
Existe un consenso general de que el centro B (a veces llamado B1) consiste en una vacante de carbono rodeada por cuatro átomos de nitrógeno que sustituyen a los átomos de carbono. [1] [2] [26] Este modelo es consistente con otros resultados experimentales, pero no hay datos espectroscópicos directos que lo corroboren. Los diamantes donde la mayoría de los centros de nitrógeno forman B son raros y se clasifican como tipo IaB ; la mayoría de los diamantes gemas contienen una mezcla de centros A y B, junto con centros N3.
Al igual que los centros A, los centros B no inducen color y no se puede atribuir a los centros B ninguna absorción visible o UV. La asignación temprana del sistema de absorción N9 al centro B ha sido refutada más tarde. [27] El centro B tiene un espectro de absorción IR característico (ver la imagen de absorción infrarroja arriba) con un pico agudo a 1332 cm -1 y una característica más amplia a 1280 cm -1 . Este último se utiliza habitualmente para estimar la concentración de nitrógeno en la forma B. [28]
Tenga en cuenta que muchos picos ópticos en diamantes tienen accidentalmente posiciones espectrales similares, lo que causa mucha confusión entre los gemólogos. Los espectroscopistas utilizan todo el espectro en lugar de un pico para la identificación de defectos y consideran la historia del crecimiento y procesamiento de cada diamante. [1] [2] [26]
Centro de nitrógeno N3
El centro N3 consta de tres átomos de nitrógeno que rodean una vacante. Su concentración es siempre solo una fracción de los centros A y B. [29] El centro N3 es paramagnético , por lo que su estructura está bien justificada a partir del análisis del espectro EPR P2. [3] Este defecto produce una línea característica de absorción y luminiscencia a 415 nm y, por lo tanto, no induce el color por sí solo. Sin embargo, el centro N3 siempre está acompañado por el centro N2, que tiene una línea de absorción a 478 nm (y sin luminiscencia). [30] Como resultado, los diamantes ricos en centros N3 / N2 son de color amarillo.
Boro
Los diamantes que contienen boro como impureza sustitutiva se denominan tipo IIb . Solo el uno por ciento de los diamantes naturales son de este tipo y la mayoría son de azul a gris. [31] El boro es un aceptor en el diamante: los átomos de boro tienen un electrón menos disponible que los átomos de carbono; por lo tanto, cada átomo de boro que sustituye a un átomo de carbono crea un agujero de electrones en la banda prohibida que puede aceptar un electrón de la banda de valencia . Esto permite la absorción de luz roja, y debido a la pequeña energía (0.37 eV) [32] necesaria para que el electrón salga de la banda de valencia, los huecos pueden liberarse térmicamente de los átomos de boro a la banda de valencia incluso a temperatura ambiente. Estos orificios pueden moverse en un campo eléctrico y hacer que el diamante sea conductor de electricidad (es decir, un semiconductor tipo p ). Se requieren muy pocos átomos de boro para que esto suceda; una proporción típica es un átomo de boro por cada 1.000.000 de átomos de carbono.
Los diamantes dopados con boro transmiten luz hasta ~ 250 nm y absorben algo de luz roja e infrarroja (de ahí el color azul); pueden fosforestar en azul después de la exposición a la luz ultravioleta de onda corta. [32] Aparte de la absorción óptica, los aceptores de boro han sido detectados por resonancia paramagnética de electrones. [33]
Fósforo
El fósforo podría introducirse intencionalmente en el diamante cultivado por deposición química de vapor (CVD) en concentraciones de hasta ~ 0.01%. [34] El fósforo sustituye al carbono en la red de diamantes. [35] Al igual que el nitrógeno, el fósforo tiene un electrón más que el carbono y, por lo tanto, actúa como donante; sin embargo, la energía de ionización del fósforo (0,6 eV) [34] es mucho menor que la del nitrógeno (1,7 eV) [36] y es lo suficientemente pequeña para la ionización térmica a temperatura ambiente . Esta importante propiedad del fósforo en el diamante favorece las aplicaciones electrónicas, como los diodos emisores de luz ultravioleta ( LED , a 235 nm). [37]
Hidrógeno
El hidrógeno es una de las impurezas más importantes desde el punto de vista tecnológico en los semiconductores, incluido el diamante. Los defectos relacionados con el hidrógeno son muy diferentes en el diamante natural y en las películas de diamante sintético. Esas películas se producen mediante diversas técnicas de deposición química de vapor (CVD) en una atmósfera rica en hidrógeno (relación típica hidrógeno / carbono> 100), bajo un fuerte bombardeo de diamantes en crecimiento por los iones de plasma. Como resultado, el diamante CVD siempre es rico en hidrógeno y vacantes de celosía. En las películas policristalinas, gran parte del hidrógeno puede estar ubicado en los límites entre los "granos" de diamante o en inclusiones de carbono que no son de diamante. Dentro de la red de diamante en sí, los complejos hidrógeno-vacante [38] e hidrógeno-nitrógeno-vacante [39] se han identificado en estados de carga negativa por resonancia paramagnética de electrones . Además, se documentan numerosos picos de absorción de IR relacionados con el hidrógeno. [40]
Se ha demostrado experimentalmente que el hidrógeno pasiva las impurezas de boro [41] y fósforo [42] eléctricamente activas . Como resultado de tal pasivación, presumiblemente se producen centros donantes poco profundos. [43]
En los diamantes naturales, se observan comúnmente varios picos de absorción de IR relacionados con el hidrógeno; los más fuertes se encuentran en 1405, 3107 y 3237 cm −1 (ver la figura de absorción de IR arriba). La estructura microscópica de los defectos correspondientes aún se desconoce y ni siquiera se sabe con certeza si esos defectos se originan o no en el diamante o en inclusiones extrañas. El color gris en algunos diamantes de la mina Argyle en Australia a menudo se asocia con esos defectos de hidrógeno, pero nuevamente, esta asignación aún no está probada. [44]
Níquel, cobalto y cromo
Cuando los diamantes se cultivan mediante la técnica de alta presión y alta temperatura, normalmente se añaden níquel, cobalto, cromo o algunos otros metales al medio de crecimiento para facilitar catalíticamente la conversión de grafito en diamante. Como resultado, se forman inclusiones metálicas. Además, los átomos de níquel y cobalto aislados se incorporan a la red de diamante, como se demuestra a través de la estructura hiperfina característica en los espectros de resonancia paramagnética electrónica , absorción óptica y fotoluminiscencia, [45] y la concentración de níquel aislado puede alcanzar el 0,01%. [46] Este hecho es por todos los medios inusual considerando la gran diferencia de tamaño entre los átomos de carbono y metales de transición y la rigidez superior de la red de diamantes. [2] [46]
Se han detectado numerosos defectos relacionados con el Ni mediante resonancia paramagnética electrónica , [5] [47] absorción óptica y fotoluminiscencia , [5] [47] [48] tanto en diamantes sintéticos como naturales. [44] Se pueden distinguir tres estructuras principales: Ni de sustitución, [49] níquel-vacante [50] y complejo de níquel-vacante decorado por uno o más átomos de nitrógeno de sustitución. [47] La estructura de "níquel-vacante", también llamada "semidivacante" es específica para la mayoría de las impurezas grandes en el diamante y el silicio (por ejemplo, estaño en silicio [51] ). Su mecanismo de producción se acepta generalmente de la siguiente manera: un gran átomo de níquel se incorpora de manera sustitutiva, luego expulsa un carbono cercano (creando una vacante vecina) y se desplaza entre los dos sitios.
Aunque las propiedades físicas y químicas del cobalto y el níquel son bastante similares, las concentraciones de cobalto aislado en el diamante son mucho más pequeñas que las del níquel (rango de partes por mil millones). Se han detectado varios defectos relacionados con el cobalto aislado mediante resonancia paramagnética electrónica [52] y fotoluminiscencia , [5] [53], pero su estructura aún se desconoce. [54]
Se ha detectado un centro óptico relacionado con el cromo en el diamante después de la implantación de iones y el posterior recocido. [55] [56]
Silicio, germanio, estaño y plomo
El silicio es una impureza común en las películas de diamante que crecen por deposición de vapor químico y se origina en el sustrato de silicio o en las ventanas o paredes de sílice del reactor CVD. También se observó en diamantes naturales en forma dispersa. [57] Se han detectado defectos aislados de silicio en la red de diamante a través del pico de absorción óptica nítido a 738 nm [58] y la resonancia paramagnética de electrones . [59] De manera similar a otras impurezas grandes, la forma principal de silicio en el diamante se ha identificado con un complejo de vacantes de Si (sitio de semidivacancia). [59] Este centro es un donante profundo que tiene una energía de ionización de 2 eV y, por lo tanto, nuevamente no es adecuado para aplicaciones electrónicas. [60]
Las vacantes de Si constituyen una fracción menor del silicio total. Se cree (aunque no existen pruebas) que gran parte del silicio sustituye al carbono y se vuelve invisible para la mayoría de las técnicas espectroscópicas porque los átomos de silicio y carbono tienen la misma configuración que las capas electrónicas externas. [61]
El germanio, el estaño y el plomo normalmente están ausentes en el diamante, pero pueden introducirse durante el crecimiento o mediante la implantación de iones posterior. Esas impurezas pueden detectarse ópticamente a través de los centros de vacantes de germanio , [62] de vacantes de estaño y de plomo, [63] respectivamente, que tienen propiedades similares a las del centro de vacantes de Si . [64]
Al igual que los centros NV, los complejos Si-V, Ge-V, Sn-V y Pb-V tienen aplicaciones potenciales en la computación cuántica. [65] [63]
Azufre
Alrededor del año 2000, hubo una ola de intentos de dopar películas de diamante CVD sintéticas con azufre con el objetivo de obtener una conductividad de tipo n con baja energía de activación. Se han publicado informes exitosos, [66] pero luego se descartaron [67] ya que la conductividad se convirtió en tipo p en lugar de tipo n y no se asoció con azufre, sino con boro residual, que es un dopante de tipo p altamente eficiente en el diamante. .
Hasta ahora (2009), solo hay una evidencia confiable (a través de la estructura de interacción hiperfina en la resonancia paramagnética de electrones ) de defectos aislados de azufre en el diamante. El centro correspondiente llamado W31 se ha observado en diamantes naturales de tipo Ib en pequeñas concentraciones (partes por millón). Se asignó a un complejo de vacantes de azufre, de nuevo, como en el caso del níquel y el silicio, un sitio de semidivacencia. [68]
Defectos intrínsecos
La forma más fácil de producir defectos intrínsecos en el diamante es desplazando los átomos de carbono mediante la irradiación con partículas de alta energía, como partículas alfa (helio), beta (electrones) o gamma, protones, neutrones, iones, etc. La irradiación puede ocurrir en el laboratorio o en la naturaleza (ver Mejora de diamantes - Irradiación ); produce defectos primarios denominados defectos de Frenkel (átomos de carbono desprendidos de sus sitios reticulares normales a sitios intersticiales) y vacantes reticulares restantes. Una diferencia importante entre las vacantes y los intersticiales en el diamante es que mientras que los intersticiales son móviles durante la irradiación, incluso a temperaturas de nitrógeno líquido, [69] sin embargo, las vacantes comienzan a migrar solo a temperaturas de ~ 700 ° C.
También se pueden producir vacantes e intersticiales en el diamante por deformación plástica, aunque en concentraciones mucho más pequeñas.
Intersticial de carbono aislado
Nunca se ha observado intersticial aislado en el diamante y se considera inestable. Su interacción con un átomo de red de carbono regular produce un "intersticial dividido", un defecto en el que dos átomos de carbono comparten un sitio de red y están unidos covalentemente con los vecinos de carbono. Este defecto se ha caracterizado minuciosamente por resonancia paramagnética electrónica (centro R2) [70] y absorción óptica, [71] y, a diferencia de la mayoría de los demás defectos del diamante, no produce fotoluminiscencia .
Complejos intersticiales
El intersticial dividido aislado se mueve a través del cristal de diamante durante la irradiación. Cuando se encuentra con otros intersticiales, se agrega en complejos más grandes de dos y tres intersticiales divididos, identificados por resonancia paramagnética electrónica (centros R1 y O3), [72] [73] absorción óptica y fotoluminiscencia. [74]
Complejos vacantes-intersticiales
La mayoría de las partículas de alta energía, además de desplazar el átomo de carbono del sitio de la red, también le pasan suficiente energía excedente para una migración rápida a través de la red. Sin embargo, cuando se usa una irradiación gamma relativamente suave, esta energía adicional es mínima. Así, los intersticiales permanecen cerca de las vacantes originales y forman pares vacantes-intersticiales identificados mediante absorción óptica. [74] [75] [76]
También se han producido pares vacantes-di-intersticiales, aunque por irradiación de electrones y mediante un mecanismo diferente: [77] Los intersticiales individuales migran durante la irradiación y se agregan para formar di-intersticiales; este proceso ocurre preferentemente cerca de las vacantes de celosía.
Vacante aislada
La vacante aislada es el defecto más estudiado del diamante, tanto a nivel experimental como teórico. Su propiedad práctica más importante es la absorción óptica, como en los centros de color , que da un color verde diamante, o incluso a veces verde-azul (en diamante puro). El rasgo característico de esta absorción es una serie de líneas nítidas denominadas GR1-8, donde la línea GR1 a 741 nm es la más prominente e importante. [75]
La vacante se comporta como un donante / aceptor de electrones profundos, cuyas propiedades electrónicas dependen del estado de carga. El nivel de energía para los estados + / 0 está en 0.6 eV y para los estados 0 / - está en 2.5 eV por encima de la banda de valencia . [78]
Complejos multivacancia
Tras el recocido del diamante puro a ~ 700 ° C, las vacantes migran y forman divacancias, caracterizadas por la absorción óptica y la resonancia paramagnética de electrones . [79] Al igual que los intersticiales individuales, las divacancias no producen fotoluminiscencia. Las divacancias, a su vez, se hibridan a ~ 900 ° C creando cadenas de multivacancias detectadas por EPR [80] y presumiblemente anillos de hexavacancia. Estos últimos deberían ser invisibles para la mayoría de las espectroscopias y, de hecho, no se han detectado hasta ahora. [80] El recocido de las vacantes cambia el color del diamante de verde a amarillo-marrón. También se cree que un mecanismo similar (agregación de vacantes) causa el color marrón de los diamantes naturales deformados plásticamente. [81]
Dislocaciones
Las dislocaciones son el defecto estructural más común en el diamante natural. Los dos tipos principales de dislocaciones son el conjunto de deslizamiento , en el que los enlaces se rompen entre capas de átomos con índices diferentes (los que no se encuentran directamente uno encima del otro) y el conjunto aleatorio , en el que las rupturas ocurren entre átomos del mismo índice. Las dislocaciones producen enlaces colgantes que introducen niveles de energía en la banda prohibida, lo que permite la absorción de luz. [82] La fotoluminiscencia azul de banda ancha se identificó de manera confiable con dislocaciones mediante observación directa en un microscopio electrónico , sin embargo, se observó que no todas las dislocaciones son luminiscentes y no existe correlación entre el tipo de dislocación y los parámetros de la emisión. [83]
Plaquetas
La mayoría de los diamantes naturales contienen defectos planos extendidos en los planos de celosía <100>, que se denominan plaquetas. Su tamaño varía de nanómetros a muchos micrómetros, y los grandes se observan fácilmente en un microscopio óptico a través de su luminiscencia. [85] Durante mucho tiempo, las plaquetas se asociaron tentativamente con grandes complejos de nitrógeno: sumideros de nitrógeno producidos como resultado de la agregación de nitrógeno a altas temperaturas de la síntesis del diamante. Sin embargo, la medición directa de nitrógeno en las plaquetas por EELS (una técnica analítica de microscopía electrónica) reveló muy poco nitrógeno. [84] El modelo de plaquetas actualmente aceptado es una gran variedad regular de intersticiales de carbono. [86]
Las plaquetas producen picos de absorción agudos a 1359-1375 y 330 cm -1 en los espectros de absorción de IR; sorprendentemente, la posición del primer pico depende del tamaño de las plaquetas. [84] [87] Al igual que con las dislocaciones, una amplia fotoluminiscencia centrada en ~ 1000 nm se asoció con las plaquetas por observación directa en un microscopio electrónico. Al estudiar esta luminiscencia, se dedujo que las plaquetas tienen una "banda prohibida" de ~ 1,7 eV. [88]
Voidites
Los huecos son grupos octaédricos del tamaño de un nanómetro presentes en muchos diamantes naturales, como lo revela la microscopía electrónica . [89] Los experimentos de laboratorio demostraron que el recocido del diamante de tipo IaB a altas temperaturas y presiones (> 2600 ° C) da como resultado la ruptura de las plaquetas y la formación de bucles de dislocación y huecos, es decir, que los huecos son el resultado de la degradación térmica de plaquetas. A diferencia de las plaquetas, los huecos contienen mucho nitrógeno en forma molecular. [90]
Interacción entre defectos intrínsecos y extrínsecos
Los defectos extrínsecos e intrínsecos pueden interactuar produciendo nuevos complejos de defectos. Esta interacción suele producirse si un diamante que contiene defectos extrínsecos (impurezas) se deforma plásticamente o se irradia y recoce.
Lo más importante es la interacción de las vacantes y los intersticiales con el nitrógeno. Los intersticiales de carbono reaccionan con el nitrógeno de sustitución produciendo un intersticial de nitrógeno centrado en un enlace que muestra una fuerte absorción de IR a 1450 cm -1 . [91] Los centros de nitrógeno A, B y C capturan eficazmente las vacantes. La tasa de atrapamiento es la más alta para los centros C, 8 veces menor para los centros A y 30 veces menor para los centros B. [92] El centro C (nitrógeno único) al atrapar una vacante forma el famoso centro de vacantes de nitrógeno , que puede tener una carga neutra o negativa; [93] [94] el estado cargado negativamente tiene aplicaciones potenciales en la computación cuántica . Los centros A y B al atrapar una vacante crean los centros 2N-V correspondientes (H3 [95] y H2 [96] , donde H2 es simplemente un centro H3 cargado negativamente [97] ) y el neutral 4N-2V (centro H4 [98] ). Los centros H2, H3 y H4 son importantes porque están presentes en muchos diamantes naturales y su absorción óptica puede ser lo suficientemente fuerte como para alterar el color del diamante (H3 o H4 - amarillo, H2 - verde).
El boro interactúa con los intersticiales de carbono formando un complejo boro-intersticial neutro con una fuerte absorción óptica a 0,552 eV (2250 nm). [78] Hasta ahora (2009) no se conocen pruebas de complejos de boro y vacantes. [26]
Por el contrario, el silicio reacciona con las vacantes, creando la absorción óptica descrita anteriormente a 738 nm. [99] El mecanismo asumido es la captura de la vacante migratoria mediante silicio sustitutivo que da como resultado la configuración Si-V (semidivacante). [100]
Se espera un mecanismo similar para el níquel, para el cual se identifican de manera confiable tanto las configuraciones de sustitución como las de semidivalencia (ver la subsección "níquel y cobalto" más arriba). En un estudio no publicado, los diamantes ricos en níquel sustitutivo se irradiaron y recocieron con electrones, con las siguientes medidas ópticas cuidadosas realizadas después de cada paso de recocido, pero no se obtuvo evidencia de la creación o mejora de los centros de vacantes de Ni. [50]
Ver también
- Deposición química de vapor de diamante
- Defecto cristalográfico
- Color diamante
- Realce de diamantes
- Irradiación de piedras preciosas
- Propiedades materiales del diamante
- Centro de vacantes de nitrógeno
- Diamante sintético
Referencias
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