Спектроскопические свойства кристаллов алмаза месторождения Ичетъю (Средний Тиман)

Рис. 3

           Первое защищаемое положение. Спектры рентгеностимулированной люминесценции природных кристаллов алмазов представляют собой суперпозицию широкополосного рекомбинационного свечения (А-полоса), структурированных часто встречающихся азотных систем реабсорбционной природы и редких по частоте встречаемости эмиссионных спектров азотных дефектов, фотовозбуждаемых в том же спектральном диапазоне. Вариации состава, наложенных на А-полосу компонент, носят концентрационно-зависимый характер и позволяют оценивать степень примесной неоднородности алмазов.

            Спектры рентгенолюминесценции (РЛ) изученных кристаллов алмазов состоят из широкой колоколообразной полосы излучения, так называемой A- полосы излучения (рис.3д). У 80% всех изученных алмазов в спектрах РЛ зарегистрированы узкие провалы - 415.3 нм, 504.3 нм, 440 нм (рис.3в, г). Четкой интерпретации природы этих полос в обобщающих работах нет. Существуют лишь единичные работы (Рамачандран, 1945; Гомон, 1960; Гафт 1994;), которые связали данные полосы с перепоглощением. Совместно с В.П. Лютоевым и др. (1999) получены новые доказательства того, что эти полосы связаны с перепоглощением (реабсорбцией) фотовозбуждаемых азотных дефектов. Спектральные положения провалов поглощения хорошо соотносятся с полосами и линиями в спектрах ОП (рис. 4), а также в регистограммах ФЛ. Как показывают эксперименты, имеется хорошее соответствие между концентрацией N3-дефектов (тремя замещающими атомами азота в плоскости (111) и вакансией), определенных при помощи ЭПР (концентраций парамагнитных Р2-дефектов) и интенсивностью полос перепоглощения в области 415 нм.

Рис. 4

            Суть появления полос поглощения в спектрах РЛ следующая. Реабсорбция возникает вследствие перекрытия широкого спектра А-полосы РЛ полосами поглощения оптически активных в том же спектральном диапазоне азотных дефектов, т.е. стимулированное рентгеном световое излучение в кристаллах алмаза повторно поглощается. По отношению к первично поглощаемым рентгеновским квантам, вторичное поглощение, вызванной ими РЛ, относится к перепоглощению (реабсорбции). Отсюда следует вывод, что на ряду с рекомбинационным механизмом свечения в рентгенолюминесценции алмаза реализуется еще один механизм - излучательно-реабсорбционный. Учет этого механизма люминесценции позволяет более корректно интерпретировать состав спектров люминесценции, что расширяет использование РЛ уже как метода, пригодного для оценки концентраций азотных дефектов и степени их неоднородности по содержанию примесей.

            В диссертационной работе при оценке концентраций N3- дефектов, в случаях, когда нельзя было использовать метод ОП, применялась РЛ-методика оценки по эффекту реабсорбции.

            В четырех кристаллах с разных месторождений в спектрах РЛ на фоне А-полосы (рис.3а, б) наблюдались дополнительные (300 К). интенсивные компоненты с фононной резонансной структурой, связанные с излучением на азотных дефектах (Исаенко, 2000). Сравнение этих спектров с литературными сведениями позволяет соотносить их с известными азотными системами. Можно отметить, что факт обнаружения интенсивных резонансных линий различных азотных дефектов был получен при условии проведения эксперимента при комнатной температуре, что является необычным. К примеру, в спектрах фотолюминесценции, исключая всюдную N3- систему, резонансные линии других азотных дефектов наблюдают лишь в условиях глубокого охлаждения алмазов, например до температуры кипения жидкого азота. Происхождение эмиссионных линий в спектрах РЛ неясно. Но можно отметить очень низкую активность соответствующих азотных дефектов в спектрах ОП, что, в общем, позволяет говорить о низких концентрациях дефектов в этом случае. Эмиссионные резонансные линии в спектрах РЛ оказались характерны для алмазов с относительно низкими концентрациями N3-дефектов (0.5-8)*10¹⁶  см ^-3 при общем диапазоне вариаций значений по всем кристаллам (0.1-100)*10¹⁶  см ^-3 .