Bảng tin tháng 05/2012

Tâm Sai Hỏng Silic Trong Mạng Tinh Thể Kim Cương Nhân Tạo Tăng Trưởng HPHT Tạo Nên Màu Xanh

Kim cương nhân tạo kiểu IIb chất lượng quý chứa một ít boron và thường có màu xanh có thể được tạo ra bởi cả phương pháp tăng trưởng HPHT lẫn CVD. Chỗ hỏng mạng liên quan đến Si được xem là đặc điểm chủ yếu nhận diện kim cương nhân tạo CVD. Tuy nhiên phòng giám định ở New York vừa nghiên cứu viên kim cương nhân tạo kiểu IIb tăng trưởng theo phương pháp HPHT nhưng lại có chứa tâm sai hỏng dạng này.

Viên đá hình tròn, giác cúc nặng 0,30 ct (4,43 x 4,33 x 2,67 mm) được phân cấp màu xanh sặc sỡ (hình 1, bên trái). Giống như những kim cương nhân tạo tăng trưởng HPHT khác, nó chứa một số bao thể dạng đầu kim và có màu phân bố không đều dọc theo các vùng tăng trưởng được thấy rõ trong các hình ảnh phát quang từ thiết bị DiamondView (hình 1, bên phải). Thiết bị này chỉ cung cấp hình ảnh thấy được từ đặc điểm bên trong. Phổ hấp thu giữa hồng ngoại cho thấy có sự tập trung boron tương đối cao, điều này phù hợp với màu xanh mạnh. Tuy nhiên phổ phát quang bức xạ PL ở nhiệt độ nitrogen lỏng dùng bức xạ laser 514 nm cho thấy rõ các vạch phát xạ liên quan đến Si. Các đỉnh sắc nét ở 736,7 và 737,0 nm (hình 2) được cho là do chỗ hỏng mạng [Si-V]^–, điều đó cũng rất tương ứng với những đặc điểm quan sát được trên kim cương nhân tạo CVD.

Đây là tài liệu đầu tiên ghi chép về tâm sai hỏng [Si-V]^– trong kim cương nhân tạo HPHT. Sự hiện diện của nó một phần rõ ràng là do quá trình xử lý sau tăng trưởng. Trong quá trình xử lý tạp chất Si đang tồn tại có thể kết hợp với những tâm quang học khác như một chỗ khuyết và hình thành tâm sai hỏng [Si-V]^–. Như lệ thường cần phải thật cẩn thận trong việc xác định kim cương nhân tạo, đặc biệt là khi có liên quan đến xử lý sau tăng trưởng. (Theo Kyaw Soe Moe và Wuyi Wang, trong Lab Notes quyển G&G Winter 2010)

 

Kim Cương Nhân Tạo Tăng Trưởng HPHT Sau Đó Xử Lý Tiếp Với HPHT Tạo Màu Hồng Phớt Tím Đậm

Nhiều viên kim cương màu hồng đến đỏ hiện tại trên thị trường trang sức đếu có màu xử lý nhân tạo. Việc này thường phải trải qua các quá trình như khoáng vật thiên nhiên ban đầu được qua nhiều quá trình xử lý, bao gồm nung HPHT kết hợp với chiếu xạ và nung ở nhiệt độ tương đối thấp. Nung HPHT có thể được sử dụng để tạo ra nitrogen cô lập, sau đó chiếu xạ để tạo ra các chỗ rỗng và nung ở nhiệt độ thấp để tạo ra tập trung các tâm trong ô mạng tinh thể khuyết (NV) nitrogen thích hợp, điều đó tạo ra màu hồng đến đỏ (quyển G&G Winter 2005 Lab Notes, trang 341 – 343). Kỹ thuật này cũng được áp dụng trong kim cương nhân tạo tăng trưởng HPHT từ những năm 1990 (T. M. Moses và những người khác, “Hai viên kim cương nhân tạo màu đỏ xử lý màu tìm được trên thị trường”, Fall 1993 G&G, trang 182 – 190). Tuy nhiên cũng có một số kim cương nhân tạo HPHT có thể được tạo ra bằng cách tập trung nitrogen kiểm soát ở mức độ thấp có màu bên ngoài đậm hơn so với xử lý sau tăng trưởng.

Viên đá dạng tròn, giác cúc nặng 0,20 ct trong hình 3 được phòng giám định New York phân cấp màu là hồng phớt tím đậm. Mặc dù nó có rất ít bao thể bên trong nhưng lại có một mặt nứt lên đến bề mặt cùng với một hốc trên mặt bàn và các giác phần trên. Nó có đới màu mạnh, màu hồng đậm và phát quang màu đỏ phớt cam mạnh dưới cả chiếu xạ UV sóng ngắn và sóng dài.

Quan sát ban đầu nhận định rằng đây có thể là một trong những viên kim cương đã qua nhiều quá trình xử lý như miêu tả ở trên. Phổ giữa hồng ngoại cho thấy đây là kim cương kiểu Ia có sự tập trung nitrogen rất thấp. Phổ hấp thu cực tím trong vùng nhìn thấy được đo bằng phổ kế UV-Vis có độ phân giải cao cho thấy màu hồng được tạo ra bằng các tâm NV khuyết lớn ở 575 và 637 nm. Các tâm khuyết lớn này có thể được tạo ra bằng xử lý HPHT và cường độ của chúng liên quan đến lượng nitrogen trong kim cương. Những đặc điểm trong phổ nhìn thấy như đỉnh hấp thu mạnh ở 595 nm là do chiếu xạ nhân tạo. Tất cả quan sát này khẳng định xử lý chiếu xạ/nung nhiệt liên quan đến việc hình thành các tâm NV, nguyên nhân tạo ra màu hồng hấp dẫn. Những đặc điểm này rất giống với những đặc điểm thấy trong kim cương thiên nhiên đã trải qua nhiều quá trình xử lý.

Tuy nhiên khi nghiên cứu cẩn thận dưới thiết bị DTC DiamondView cho thấy cấu trúc tăng trưởng tinh vi là biểu hiện của kim cương nhân tạo tăng trưởng HPHT. Nhìn trực diện các đới tăng trưởng bất thường tạo sự nghi ngờ nhưng chưa chắc chắn, trong khi đó hoa văn nhìn dưới đáy cho thấy rõ nhiều phần tăng trưởng nhân tạo (hình 4). Có được điều này là do kim cương nhân tạo được tăng trưởng cẩn thận với việc tập trung nitrogen rất thấp (~ 1 ppm) nhưng vẫn đủ để tạo nên sự tập trung cao các tâm NV trong suốt quá trình xử lý sau tăng trưởng.

Do đó cần phải cẩn thận để phân biệt giữa loại kim cương nhân tạo màu hồng đến đỏ này với kim cương thiên nhiên bị xử lý. (Theo Paul Johnson trong Lab Notes, quyển G&G Winter 2010)

 

Ba Viên Kim Cương Nhân Tạo Kích Thước Nhỏ

Kim cương nhân tạo kích thước nhỏ gây nên mối quan tâm đặc biệt trong việc kinh doanh vì chúng thường được trộn lẫn trong những lô hàng kim cương tự nhiên dạng hạt rời và hiếm khi được gửi đến các phòng giám định để kiểm tra. Trong quyển G&G Fall 2008, H. Kitawaki và những người khác có đăng tải bài “Xác định kim cương nhân tạo màu vàng kích thước nhỏ trên trang sức” (trang 202 – 213), mô tả việc xác định các viên kim cương rất nhỏ bằng cách kết hợp giữa kỹ thuật phân tích với những kiểm tra ngọc học cơ bản. Gần đây phòng giám định GIA ở New York có nghiên cứu 3 viên đá hình tròn, giác cúc màu vàng, kích cỡ nhỏ (0,009; 0,010 và 0,080 ct), chúng được đưa đến để xác định nguồn gốc màu sắc (hình 5), điều này khẳng định tầm quan trọng của việc giám định các viên kim cương nhỏ.

Nghiên cứu dưới kính hiển vi ở độ phóng đại cao cho thấy 2 trong số các viên đá hình tròn, giác cúc có chứa các bao thể kim loại nóng chảy (bị hút bởi nam châm) và các bao thể dạng đầu kim, đó là đặc điểm của kim cương nhân tạo. Mẫu thứ 3 không có bao thể nào cho thấy nó là đá nhân tạo. Cả 3 mẫu đều có đới màu nhưng không có cấu trúc tăng trưởng dạng đồng hồ cát đặc trưng của kim cương nhân tạo. Ba mẫu đều trơ dưới chiếu xạ UV sóng dài và có phản ứng màu vàng phấn từ yếu đến vừa dưới UV sóng ngắn. Không viên nào có phát huỳnh quang màu lục dạng chữ thập thường thấy trong kim cương nhân tạo khi chiếu xạ UV sóng dài và sóng ngắn. Có rất ít bằng chứng cho thấy những viên đá này là nhân tạo nên phải chuyển sang những phương pháp nghiên cứu tiên tiến hơn.

Phổ hồng ngoại cho thấy cả 3 viên đá đều thuộc kiểu Ib, phù hợp với kim cương nhân tạo HPHT, có sự tập trung vừa của nitrogen cô lập. Quan sát cấu trúc tăng trưởng của chúng dưới thiết bị DTC DiamondView chứng thực chúng là kim cương nhân tạo cùng với đặc điểm phát quang yếu hơn nhiều trên mặt tinh thể {110} và vùng tăng trưởng {113} (hình 6).

Điều này có ý nghĩa quan trọng cho việc mua bán khi được biết thông tin về sự hiện điện của các viên kim cương nhân tạo kích thước nhỏ, chúng thường được sử dụng làm đá nhấn trên trang sức. Chúng đòi hỏi phải nghiên cứu cẩn thận trước khi ra quyết định. Khi những kiểm tra ngọc học cơ bản không đem lại kết quả cuối cùng thì những phân tích tiên tiến trong phòng thí nghiệm là cần thiết.

(Theo Jason Darley, Sally Chan và Michelle Riley trong Lab Notes, quyển G&G Winter 2010)

 

Kim Cương Nhân Tạo Tăng Trưởng HPHT Màu Vàng Cam

Kích Cỡ Lớn (trên 4 ct)

Lượng kim cương nhân tạo tăng trưởng trong phòng thí nghiệm đã tăng đột ngột trong những năm gần đây. Trong quyển G&G Summer 2010, W. Wang và K. S. Moe báo cáo về viên kim cương nhân tạo đầu tiên từ quá trình tăng trưởng do lắng đọng hơi hóa học (CVD) gần không màu nặng hơn 1 ct được xác định tại phòng giám định ở New York (Lab Notes, trang 143 – 144). Gần đây nhóm nghiên cứu có khảo sát 1 viên kim cương nhân tạo tăng trưởng HPHT màu vàng cam (hình 7) rất đáng chú ý bởi kích cỡ lớn và chất lượng cao.

Mẫu đá hình chữ nhật (9,07 x 8,54 x 5,98 mm), nặng 4,09 ct là kim cương nhân tạo mài giác lớn nhất từ trước đến nay được đưa đến phòng giám định GIA để kiểm tra và phân cấp. Nó được phân cấp là màu vàng cam sặc sỡ và đáng chú ý là màu phân bố đều (đới màu thường được thấy trong kim cương nhân tạo HPHT). Vài dãy bao thể hình kim màu đen được nhìn thấy qua kính hiển vi và độ sạch được phân cấp là VS₁, điều này khá ít gặp đối với một viên kim cương nhân tạo kích thước lớn. Hình ảnh phát quang ghi được từ thiết bị DiamondView cho thấy các phần tăng trưởng nhân tạo đặc trưng với những hoa văn có cường độ và màu sắc khác nhau. Những đặc điểm này thấy rõ khi xem ở phần đáy hơn là từ mặt bàn.

Phổ hấp thu giữa hồng ngoại cho thấy có sự tập trung cao nitrogen phần lớn ở kiểu A. Ngoài ra còn thấy một phổ hấp thu yếu ở 1344 cm^-1 từ nitrogen cô lập, yếu tố tạo ra màu vàng cam. Phổ hấp thu UV-Vis cho thấy sự hấp thu tăng dần từ ~570 nm đến mức năng lượng cao hơn, đặc điểm tiêu biểu được tạo ra từ nitrogen cô lập. Một phổ hấp thu khá mạnh, sắc nét ở 793,6 nm là do chỗ khuyết mạng tinh thể liên quan đến Ni cũng được ghi nhận, ngoài ra còn thấy một đỉnh yếu ở 986,2 nm từ vị trí khuyết tâm H2.

Phần lớn nitrogen kiểu A và sự hiện diện của tâm quang học H2 xác định rõ sự tăng trưởng ở nhiệt độ tương đối cao. Ưu điểm của phương pháp tăng trưởng nhiệt độ cao là hạn chế sự phát triển của các vùng tăng trưởng khác mặt tinh thể {111}. Kết quả là màu phân bố đồng đều hơn. Kích cỡ, độ sạch, sự sặc sỡ và màu vàng cam phân bố đều của mẫu đá trên là hiếm có và chứng minh kỹ thuật nhân tạo bằng tăng trưởng HPHT không ngừng được cải thiện trong những năm gần đây.

Cuối cùng, chủ tịch Gemesis và giám đốc điều hành Stephen Lux cho biết rằng đây là viên cắt mài lớn nhất mà công ty từng sản xuất (M. Graff, “Công ty Gemesis bán kim cương nhận tạo tông màu trắng cho khách hàng”, National Jeweler, Nov. 24, 2010).

(Theo Wuyi Wang và Tom Moses, trong Lab Notes quyển G&G Winter 2010)

 

Mạch Kim Loại Nhân Tạo Trong Việc Tạo Ra

Các Khoáng Vật Quý

Phòng giám định Carlsbad vừa nghiên cứu một viên đá cabochon màu tím và một viên màu xanh phớt lục (26,24 và 6,11 ct) làm từ turquoise, plastic (nhựa) và các tấm kim loại (hình 8). Trong khi turquoise ghép đang ngày càng phổ biến trên thị trường mua bán đá quý thì đây là lần đầu tiên chúng tôi gặp mạch kim loại nhân tạo trong khoáng này.

Đặc điểm ngọc học của các viên cabochon – đặc biệt các chỉ số chiết suất điểm RI là 1,58 (viên màu tím) và 1,60 (viên màu xanh phớt lục) phù hợp với đặc điểm của turquoise tẩm màu, chỉ số chiết suất thấp hơn chỉ số chiết suất của khoáng không xử lý (1,61 – 1,65) do tẩm nhựa. Dưới chiếu xạ UV sóng dài thì viên cabochon màu tím phát quang cam vừa đến mạnh và viên màu xanh phớt lục phát quang màu xanh yếu. Nghiên cứu dưới kính hiển vi viên cabochon màu tím thấy rõ các mạch nhựa màu đỏ. Các mạch nhựa cũng thấy trong viên cabochon màu xanh phớt lục nhưng những mạch này lại không thấy có màu. Ngoại trừ mạch kim loại thì những đặc điểm của khoáng màu tím này giống với những ghi nhận hồi đầu năm 2010 về khoáng turquoise xử lý (G&G Spring 2010 Lab Notes, trang 56 – 57).

Kiểm tra kỹ hơn các mạch kim loại trong cả 2 viên cho thấy những mạch này thật sự được kết hợp hoàn hảo giữa các phần dát mỏng của kim loại phủ trên phần nhựa. Những lớp này xếp hàng song song với các thành mạch (hình 9) và cho thấy cấu trúc hình lá đẹp. Khoáng vật giống như thế này gần đây đã được báo cáo bởi G. Choudhary (Summer 2010 G&G, trang 106 – 113) nhưng không xác định mạch kim loại. Turquuoise thiên nhiên đôi khi có chứa các mạch limonite màu đen hoặc nâu, đôi khi nó còn mang các hạt pyrite tạo nên sự tương phản rõ nét giữa đá chủ và các phần này.

Với sự đồng ý của khách hàng, một vài mẫu nhỏ được lấy từ khoáng chủ màu tím và xanh phớt lục để nghiên cứu thêm. Phổ giữa hồng ngoại khẳng định chúng là turquoise. Để xác định thành phần kim loại, chúng tôi lấy ra các phần nhỏ của các mạch đó và phân tích chúng bằng cách dùng phổ huỳnh quang tia X phân tán năng lượng (EDXRF). Kim loại màu vàng từ viên cabochon màu xanh phớt lục được xác định là đồng; còn hiện diện trong đá chủ turquoise là các mảnh pyrite. Yếu tố duy nhất phát hiện trong kim loại màu trắng từ viên cabochon màu tím là kẽm (Zn).

Mạch kim loại nhân tạo này gần đây cũng được thấy trong lapis lazuli nhái. Diane Hankinson cho GIA mượn một tượng có khoét lỗ nặng 36,43 ct mà cô cho là lapis lazuli thiên nhiên (hình 10). Các đặc tính ngọc học thu thập được nằm trong giới hạn của khoáng thiên nhiên nhưng khi xem dưới độ phóng đại thì thấy cấu trúc nhân tạo các mảng màu xanh được tạo điểm nhấn hoàn hảo bởi các mạch nhỏ bằng kim loại giống đồng thau. Phóng đại các mạch sẽ thấy cấu trúc hình lá đẹp, tương tự nhau và giống như trong mạch turquoise được mô tả ở trên. Nghiên cứu EDXRF vật chất của mạch này cũng khẳng định có sự hiện diện của cả đồng và kẽm, thành phần chính của đồng thau. Rõ ràng mạch này được dùng để nhái pyrite trong lapis lazuli thiên nhiên và chúng khá thuyết phục khi không xem dưới kính phóng đại.

Do tính thông dụng của turquoise và những khoáng vật quý có thể dùng làm trang sức khác ngày một tăng, nên việc xử lý cũng không ngừng gia tăng để tạo ra những sản phẩm có thể bán với giá cạnh tranh. Mạch kim loại có hiệu ứng đáng ngạc nhiên thế này thường tạo ra điều thú vị, tuy nhiên thỉnh thoảng chúng cũng xuất hiện một cách tự nhiên trong quá trình nhân tạo khoáng vật quý. Mặc dù chỉ thấy kỹ thuật này trong turquoise ghép và lapis nhái nhưng nó có thể áp dụng trong những khoáng khác như thạch anh mạch vàng hay san hô ghép. Cấu trúc của mạch có đặc điểm là các lớp kim loại hoàn hảo trên nền đỡ bằng nhựa, đặc điểm này cung cấp bằng chứng cho thấy rằng các phần này là nhân tạo.

(Theo Nathan Renfro và Phil Owens, trong Lab Notes quyển G&G Winter 2010)

 

Ngọc Trai Thiên Nhiên Có Màu Lục Hiếm Thấy

Ngọc trai thiên nhiên là khá hiếm gặp và với màu lục tự nhiên lại càng hiếm hơn. Mặc dù thế, màu này lại thường có khuynh hướng chuyển sang màu xám phớt lục, tức là màu xám là màu chủ đạo. Gần đây phòng giám định ở Bangkok có kiểm tra một viên ngọc trai dạng tròn màu xám-lục (hình 11) với kích thước là 10,35 x 9,98 x 9,18 mm (6,72 ct). Viên ngọc trai này được gắn cùng với một viên kim cương nặng 0,70 ct, màu D, độ sạch SI₁ trên một mặt dây chuyền bằng kim loại màu trắng và vàng, nó lại nằm trên một sợi dây chuyền dạng mắc xích xen kẽ là các hạt ngọc trai tự nhiên.

Quan sát viên ngọc trai dưới kính hiển vi sẽ thấy được các lớp tinh thể aragonite xếp chồng lên nhau tạo nên dãy màu từ lục đến lục-xanh. Không thấy sự tập trung màu nhân tạo ở rìa các tinh thể, yếu tố xác định có tẩm màu hay không (hình 12). Nó phát quang mờ, lốm đốm màu lục dưới chiếu xạ UV sóng dài và trơ dưới UV sóng ngắn. Chụp X quang hiển vi quan sát thấy cấu trúc tăng trưởng đồng tâm, đặc điểm của nguồn gốc tự nhiên. Phân tích EDXRF xác định có sự tập trung của Mn và Sr và do đó cũng chứng minh được ngọc trai này có nguồn gốc từ nhuyễn thể nước ngọt hay nước mặn. EDXRF dò được 77ppmw Mn và 2148 ppmw Sr, cho biết nguồn gốc nước mặn của ngọc trai.

Phổ Raman của ngọc trai này gồm đỉnh chính tại 1087 cm^-1 và đỉnh kép tại 703,6 và 706,9 cm^-1, chứng tỏ lớp tinh thể ngoài cùng là phần được kết hợp từ aragonite, chỉ tiêu của ngọc trai nước mặn tự nhiên. Phổ phản xạ UV-Vis thấy được các rãnh tại 229, 282, 343, 489 và 834 nm, kéo rộng từ vùng gần hồng ngoại đến vùng nhìn thấy được rồi đến vùng cực tím. Những đặc điểm này không được nhìn thấy trong phổ đặc trưng của ngọc trai họ Pinctada margaritifera, sự phản xạ tạo rãnh tại 700 nm. Do sự phản ứng dưới UV sóng dài không phù hợp với những suy luận về ngọc trai từ loài Pteria sterna, nên nó gần như phù hợp với nhuyễn thể chủ là loài Pinctada mazatlanica, loài hàu có phần cơ màu đen thường sống ở vùng Baja California, Mexico. (Theo Kenneth Scarratt trong Lab Notes, quyển G&G Winter 2010)