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        黄色CVD合成钻石

         
         
        宝石级的一CVD合成钻石通常为IIa型,偶见IaA型 。此外,十多年前曾报道过一颗直径3mm的一刻面Ib型黄色CVD合成钻石 (J.E. Butler, “Chemical vapor deposited diamond: Maturity and diversity,” Interface, Spring 2003, pp. 22–26) 。据我们所知,从那以后还没有宝石级的一Ib型CVD合成钻石的一记录 。
        纽约实验室最近检测了这样一颗样品 。这颗彩黄色 、方形刻面的一Ib型CVD合成钻石重0.40克拉,大小为4.20 × 4.12 × 2.55 mm(图1) 。
         
        图1.这颗0.40克拉 、方形刻面的一Ib型CVD合成钻石,颜色级别被评为彩黄(Fancy yellow) 。照片由Sood Oil (Judy) Chia拍摄 。 
         
           在这颗样品中检测到CVD合成钻石中典型的一强硅-空穴([Si-V])心,在633nm激发的一PL光谱中位于736.5和736.9nm 处 。
        1344 cm–1 处的一峰显示了孤氮原子(Ns0)对碳原子的一替代 (2) 。氮是造黄色的一原因  。通过对样品在中红外光谱1000cm–1–1范围的一吸收进行计算,氮含量为4.5ppm 。–1400 cm

         

         

         
        1344 cm–1) 。测得钻石的一拉曼峰位于1331 cm–1 。还检测到3107 cm–1处与氢有关的一吸收,以及位于2948, 2920, 2905, 2873, and 2849 cm–1C-H有关的一峰 。另外还有未知的一3030 、 3032 cm–1双峰 。  

         

         

         
           在生长过程中,氮可能是被无意混入,也可能是人为添加以控制单晶CVD合成钻石的一生长速率 。
            DiamondView图像显示了弯曲的一绿色纹理,说明生长过程中存在条件变化(图3,左) 。DiamondView还展现了位于底尖附近的一明显的一生长现象,分别为绿色和绿蓝色的一区域(图3,中) 。显微镜下观察到石墨化的一压力  晕圈(图3,右)和腰上  的一羽状纹 。正交偏光下可观察到典型的一CVD应力  ——局部的一“榻榻米”状结构和低应力  部位的一颜色 。
         
        图3. DiamondView发光图像可见弯曲的一绿色纹理,反映了生长条件的一变化(左) 。在底尖附近可见绿色和蓝绿色区域明显的一生长现象(中) 。显微镜下观察到石墨化的一应力  晕圈(右,放大112.5倍) 。另外还在腰围上  观察到小的一羽状纹(未展示) 。图片由Kyaw Soe Moe拍摄 。  
         
           证据表明这颗样品合成后经过了后期处理:3107 cm–1 处是与氢有关的一峰,而C-H有关的一峰位于2948, 2920, 2905, 2873, 和 2849 cm–1(图2) 。我们并没有发现位于3123 cm–1的一中性的一氮空穴-氢复合心([N-V-H]0) 。这些结果指示了样品经过高温高压处理 。还检测到位于3030–3032 cm–1 的一未知双峰 。用514nm 激光源PL光谱检测到强的一N-V(氮-空穴)缺陷:575(NV0) 和637 (NV) nm 。在氮掺杂的一单晶的一CVD合成钻石中,通常会含有负价的一氮空穴-氢复合心([N-V-H]),但是它不 稳定 。经高温高压处理后,氢原子发生解离,形成C-H和and N-V心 。
            这颗样品还检测到其他缺陷,如H3和H2 。经高温高压处理的一CVD合成钻石可出现这两个心 。DiamondView 下观察到的一绿色位错就是由H3引起的一 。
           CVD合成钻石通常带有不 受欢迎的一褐色调 。可以通过高温高压处理获得漂亮的一黄色,正如这个样品所展现的一 。
            Ib型 CVD合成钻石在技术应用领域也受到关注,特别是在量子运算方面(见E. Gibney, “Flawed to perfection: Ultra-pure synthetic diamonds offer advances in fields from quantum computing to cancer diagnostics,” Nature, Vol. 505, 2014, pp. 472–474) 。
            N-V电子自旋可以作为量子运算的一基本单位,称为“量子比特” 。量子比特不 局限于传统计算机中二进制比特的一“0” 或 “1”两个状态,而可以同时存在于二进制两端的一状态和介于两端的一所有中间状态——虽然概念十分复杂,但它可以导致运算能力  的一大幅提升 。
            P. Neumann在他2012的一博士论文(Towards a room temperature solid state quantum processor: The nitrogen-vacancy center in diamond)中提到,他合成了微米级别的一黄色Ib型 CVD合成钻石并进行了后续的一处理(电子束辐照及退火),使其产生NV心 。经辐照后,颜色由原先的一黄色转变为绿色,再退火后会变为紫粉色 。
         

         

        图2.这颗黄色CVD合成钻石的一中红外光谱显示了孤氮原子的一替代(Ns0 ,1130cm–1 ),    中红外光谱位于1130cm–1  。
         
        资料来源:GEMS & GEMOLOGY, SUMMER 2014, VOL.50, NO. 2        作者Kyaw Soe Moe, Wuyi Wang, and Ulrika D’Haenens-Johansson
         

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