Kim cương có màu là do tâm hấp thu 594 nm (nano mét) (Bản tin tháng 10/2008)

Kim cương có màu là do tâm hấp thu 594 nm (nano mét)

  Tâm 594 nm thường thấy trong phổ hấp thu của kim cương bị xử lý bức xạ và nung luyện, nhưng đôi khi cũng thấy trong một số kim cương có màu tự nhiên (T.W. Overton, 2008). Sự xuất hiện của nó được nhiều người dùng làm đặc điểm xác định kim cương màu; tuy nhiên, vai trò của nó trong việc tạo ra màu của kim cương vẫn chưa được biết thấu đáo. Mới đây, ở phòng thí nghiệm GIA (Viện Ngọc học Hoa Kỳ) tại New York, chúng tôi đã giám định một viên kim cương màu cam mạnh, mọi người tin rằng màu này đã được tạo ra một phần là do sự hấp thu 594 nm.  

  Viên kim cương hình hạt dưa 0,90 ct (9,12 x 5,19 x 3,43 mm) được phân cấp là màu cam phớt vàng phớt nâu rất mạnh (hình 1). Với phóng đại, sự phân bố màu có vẻ hơi không đều, nhưng chúng tôi không thấy các đặc điểm bên trong nào khác ngoài độ sạch đạt VVS₂. Với UV (tia cực tím) sóng dài, viên đá phát sáng màu lục khá mạnh, còn với sóng ngắn thì có màu vàng yếu; không thấy phát lân quang. Thiết bị DiamondView cho thấy viên đá có các đới tăng trưởng phát quang màu vàng phớt lục.

Phổ hấp thu trong vùng hồng ngoại (IR) cho thấy viên kim cương này có lượng nitơ cao, nghĩa là nó thuộc kiểu Ia. Các hấp thu khá mạnh như H1a, H1b và H1c cũng hiện diện. Phổ ở vùng từ Thấy được đến Gần hồng ngoại (Vis-NIR) cho thấy sự gia tăng đều đặn sự hấp thu về phía đầu phổ màu xanh (về phía 450 nm, hình 2). Ngoài hấp thu yếu N3 (415 nm) và rất mạnh H3 (503 nm), còn có hấp thu khá mạnh ở 682 và 724 nm. Đặc điểm nổi bật là sự hấp thu cực kỳ mạnh ở 594 nm và một dãy bên sườn của nó ở khoảng 575 nm. Tất cả các đặc điểm phổ này đã chứng tỏ màu của viên kim cương này là do bị bức xạ và sau đó là nung luyện.

Cường độ hấp thu 594 nm thì thường nhỏ hơn nhiều so với tâm N3 hay H3. Còn ở viên kim cương này, hấp thu trong vùng 550-600 nm thì mạnh, đã chặn được ánh sáng màu vàng và một số màu lục, làm cho sự hấp thu 594 nm chắc chắn góp phần quan trọng trong việc tạo màu cam mà ta đã thấy. Đây là trường hợp rất hiếm khi gặp viên kim cương mà màu của nó là do sự sai hỏng này (594 nm) gây ra. (Theo Wuyi Wang, Lab Notes 2008)

Hiệu ứng lóe màu rất nhẹ trong viên kim cương bị lấp đầy

Lấp đầy thủy tinh thường dễ quan sát là do hiệu ứng lóe màu rõ ràng trong các khe nứt lớn. Dù vậy, trong một số kim cương, hiệu ứng này không dễ phát hiện được.

  Đầu năm nay, phòng thí nghiệm GIA ở New York có nhận phân cấp một viên kim cương hình giọt nước 5,01 ct. Một số khe nứt lớn được nhìn thấy, nhưng lại không thấy bất kỳ hiệu ứng lóe màu nào. Tuy nhiên, khi khảo sát thật kỹ xuyên qua đáy viên đá thì thấy một khe nứt nhỏ hơn phảng phất màu xanh và tím nhạt (hình 3). Chỉ có một khe nứt nhỏ khác nữa cũng có hiện tượng tương tự.

Khi chuyên viên phân cấp thấy được sự lóe màu rất nhẹ này liền nghi ngờ viên đá bị xử lý lấp đầy thủy tinh và gởi nó đến bộ phận giám định để kiểm tra kỹ hơn. Các khe nứt có lóe màu được kiểm tra để tìm sự hiện diện của chì, là thành phần chính của vật liệu lấp đầy. Viên đá được kiểm tra bằng phổ EDXRF (Phát huỳnh quang Tia X Phân tán Năng lượng) và kết quả khẳng định là có chì.

Chính sách của GIA là không phân cấp kim cương bị xử lý lấp đầy thủy tinh, dù chỉ phát hiện một chút xíu thủy tinh. (Theo Vicent Cracco và Paul Johnson, Lab Notes 2008)

Các chuyên viên phân cấp kim cương chuyên nghiệp đã học cách phân loại các đặc điểm độ sạch bên trong kim cương là dùng các từ mô tả như tinh thể (crystal), đầu kim (pinpoint), và khe nứt (feather). Vì là chỉ cần phân cấp, nên các bao thể rắn không cần phải xác định đầy đủ chỉ trừ khi nó phục vụ cho mục đích nghiên cứu khoa học. Phụ thuộc vào kích thước nhỏ hay to của chúng, các bao thể rắn thường được mô tả là pinpoints hay crystals để dùng cho phân cấp độ sạch. Điều này nói lên vấn đề là chúng tôi chỉ báo cáo các đặc điểm bên trong kim cương mà chúng đã có sẵn trong đầu rồi, vì chúng cũng giống như các đồ dùng quen thuộc trong đời sống hàng ngày.

Đôi khi, các bao thể khoáng vật có màu sáng như các tinh thể garnet đỏ, cam và diopside lục dễ gây chú ý đối với người phân cấp vì màu sắc của chúng. Tuy nhiên, phần lớn các bao thể rắn thì trong suốt và không màu, hoặc chắn sáng và đen, vì vậy mà ít gây sự chú ý ngoại trừ sự ảnh hưởng của chúng đến cấp độ sạch.  

  Vì kim cương được tạo ra từ cacbon, đó là lý do làm cho bao thể sẫm màu phổ biến nhất trong kim cương lại là graphit, loại khoáng vật có dạng lục phương của cacbon. Các “đốm cacbon” thực sự là các bao thể graphit, hầu hết đều có hình thù như một vết dơ không có đặc điểm rõ ràng, nằm trong các mặt cát khai hay là trong các vùng giữa những bao thể rắn và kim cương chủ. Đặc biệt, các đốm cacbon này thường không được ưa thích; tuy nhiên, đôi khi graphit đen chắn sáng cũng có thể tạo ra một hình ảnh bên trong thú vị, gây sự tưởng tượng ở người xem. 

Thí dụ của trường hợp này là một tấm lục giác nhỏ có vẻ là graphit, không thể phân tích chính xác được vì nó nằm quá sâu trong viên kim cương. Tấm nhỏ hình thành nằm song song với mặt hình bát diện giống như cách mà các tấm lục giác của graphit thường hình thành trong kim cương. Nó được bao bởi một đĩa cát khai nhỏ do ứng suất giãn nở xảy ra khi kim cương ở tại đốm này biến thành graphit. Bình thường các tấm nhỏ graphit thì quá mỏng nên có thể không thấy được khi nhìn vào bên hông của chúng, nhưng bao thể đặc biệt này lại có một bề dày rõ, như là nó đã được tạo ra là do sự chồng chất các tấm graphit khác kích thước (hình 4). Sự phối hợp này làm cho nó giống như hình “đĩa bay” nhỏ mà ta hay thấy trong các phim khoa học viễn tưởng trong những năm 1950. Thực tế là nó quá nhỏ nên hình của nó hơi mờ dù đã lấy nét tốt nhất để chụp ảnh. Khi việc phân cấp kim cương đã trở nên quen thuộc, thì đôi khi gặp được các bao thể gây cười và “đặc điểm độ sạch không thể xác định được” này là một thí dụ tuyệt vời về một bao thể làm kích thích sự tưởng tượng. (Theo John I. Koivula và Karla F. Onstott, Lab Notes 2008)

Kim cương tổng hợp CVD chất lượng quý có vết của "Bo"

Vài năm sau khi công bố, kim cương tổng hợp CVD (tăng trưởng do tích tụ hơi hóa học) vẫn hiếm khi được đưa đến giám định ở GIA. Mới đây, có một viên kim cương màu nâu, mài hình tròn giác cúc đã được gởi tới Phòng thí nghiệm GIA ở New York và được giám định là kim cương tổng hợp CVD có các đặc điểm phổ bất thường.

  Viên đá 1,25 ct (6,82 x 6,97 x 4,20 nm) này có cấp màu là nâu vừa (hình 5). Nó có màu phân bố dạng đốm rất nhẹ và sọc đá mạnh. Vùng gờ có vài các khe nứt. Dưới UV sóng dài, nó phát quang màu vàng rất yếu và với UV sóng ngắn là màu cam yếu; không thấy phát lân quang. Với thiết bị DiamondView, nó lại phát quang màu đỏ phớt cam khá mạnh với một vùng màu xanh không đều khá lớn (hình 6); cũng thấy được phát lân quang màu xanh vừa. Đặc điểm phát quang này là tiêu biểu của kim cương tổng hợp CVD (Wang, 2007).

Phổ hấp thu hồng ngoại cho thấy viên đá này không chứa nitơ, đây là điều bình thường ở kim cương tổng hợp CVD (hầu hết chúng thuộc kiểu IIa), nhưng chúng tôi thấy có các hấp thu yếu ở 2925 và 2800 cm^-1 do một lượng vết của nguyên tố Bo. Đây là kim cương CVD kiểu IIb đầu tiên mà chúng tôi xác định được. Không giống với kim cương CVD mới nhất có màu nâu mạnh của công ty Apollo Diamond (Wang, 2007), viên kim cương này không có hấp thu nào ở vùng 1500-1300 cm^-1. Chúng tôi thấy các hấp thu yếu ở 7353, 6856, 6425 và 5564 cm^-1 trong vùng gần hồng ngoại.

  Phổ Vis-NIR (thấy được-gần hồng ngoại) thu ở nhiệt độ của nitơ lỏng, cho thấy gia tăng sự hấp thu về phía bước sóng ngắn hơn (hình 7). Ta thấy một hấp thu rất mạnh do khiếm khuyết Si-V ở 737 nm – một đặc tính nổi bật của kim cương này – và cũng thấy một đỉnh yếu ở 596,5 nm cùng một dãy rộng có tâm ở khoảng 520 nm. Sự gán vai trò cho các đỉnh này không rõ, nhưng hiển nhiên là vết bo trong viên kim cương này không góp phần nhiều trong tạo màu chính cho viên đá này. Khiếm khuyết Si-V là phổ biến trong kim cương CVD, tuy nhiên số lượng của chúng thường cực thấp và hiếm khi mới phát hiện được chỉ bằng phép đo phổ hấp thu.

Phổ phát quang bức xạ (kích thích 514 nm), thu được trong nhiệt độ nitơ lỏng, cho thấy sự phát sáng mạnh từ các tâm N-V (các vạch phonon-zero - ZPL- ở 575 và 637 nm) và từ khiếm khuyết Si-V (vạch kép ở 736,6 và 736,9 nm). Những năng lượng phát ra yếu nhưng rõ tại 596,5 và 597,1 nm cũng được ghi nhận.

P. M. Martineau, 2004, đã mô tả kim cương tổng hợp CVD kiểu IIb có bo chất-lượng-quý, nhưng các đặc điểm ngọc học và phổ học của những mẫu (màu xanh) của chúng rất khác biệt với viên tổng hợp CVD màu nâu 1,25ct mà chúng tôi đã khảo sát. Nguyên tố bo trong viên đá này được cố ý cho vào hay là ngẫu nhiên rơi vào thì vẫn còn chưa rõ ràng.

Tất cả các hấp thu và các đặc điểm phát quang này đã chứng tỏ viên đá này là kim cương tổng hợp CVD, mặc dù có một số đặc tính bất thường so với những đá đã mô tả trước đây. Các đặc tính này là kích thước viên kim cương CVD này khá lớn (1,25 ct), các tỷ lệ cắt mài đạt chuẩn và sự hiện diện cực nhiều của khiếm khuyết Si-V. 

(Theo Wuyi Wang và Thomas M. Moses, Lab Notes 2008)