RMS DPI 2012-1-159-0 http://www.minsoc.ru/2012-1-159-0 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ АГРЕГАЦИИ ПРИМЕСНОГО АЗОТА В КРИСТАЛЛАХ СИНТЕТИЧЕСКОГО АЛМАЗА Куприянов И.Н. (spectra@igm.nsc.ru), Хохряков А.Ф. (khokhr@igm.nsc.ru), Калинин А.А. (aakalinin@ngs.ru), Пальянов Ю.Н. (palyanov@igm.nsc.ru). Западно-Сибирское отделение. ИГМ СО РАН AN EXPERIMENTAL STUDY OF NITROGEN AGGREGATION PROCESSES IN SYNTHETIC DIAMOND CRYSTALS Kupriyanov I.N., Khokhryakov A.F., Kalinin A.A., Palyanov Yu.N. West-Siberia branch. IGM SB RAS В соответствии с общепринятой в настоящее время отжиговой моделью образования сложных азотных центров в алмазе, исходной формой вхождения примесного азота в решетку алмаза являются одиночные атомы замещения (С-центры), из которых за счет термически активированной диффузии в процессе мантийного отжига формируются различные агрегатные формы дефектов, содержащие два (А-центры), три (N3-центры), четыре (В1-центры) и, возможно, более (В2-центры, voidites) атомов азота (Evans, 1992). Данная модель широко используется для оценки временных (геохронометр) и/или температурных (геотермометр) условий нахождения природных алмазов в мантии. Однако, необходимо отметить, что подавляющее большинство экспериментальных работ по изучение процессов агрегации примесного азота в алмазе проведено с использованием кристаллов синтетического алмаза, полученных никель- и/или кобальтсодержащих металл-углеродных системах. Как показано в ряде работ (Fisher et al., 1998; Kiflawi et al., 1998), присутствие в алмазе примесей Ni и Co существенно сказывается на кинетике агрегации азотных дефектов при отжиге. Влиянием примесей данных элементов, повидимому, и объясняется сильный разброс экспериментальных данных по величине эффективной энергии активации (2.6-6 эВ), полученных в ранних работах по отжигу синтетического алмазов. В связи с тем, что примеси Ni и Co не характерны для природных алмазов, необходимым условием для получения данных адекватных для описания процессов мантийного отжига природных алмазов является отсутствие в исследуемых кристаллах алмаза специфических дефектов, связанных с примесями переходных металлов. В настоящей работе, в качестве ростовой системы потенциально пригодной для получения кристаллов алмаза не содержащих примесей Ni и Co, была выбрана система Fe-Cu-C. По имеющимся к настоящему времени данным, Fe и Cu не входят в решетку алмаза с образованием точечных примесных дефектов. В результате экспериментов по росту кристаллов алмаза в системе Fe-Cu-C, получены качественные, не содержащие металлических включений кристаллы. Исследование этих кристаллов методами оптической 429 спектроскопии показало, что доминирующей примесью в кристаллах является азот в форме одиночных замещающих атомов с концентрацией 150-200 ррм. Ни в спектрах оптического поглощения в видимом диапазоне, ни в спектрах фотолюминесценции, каких либо оптических центров свидетельствующих о возможном вхождении в кристаллы примесей Fe или Cu не установлено. Для проведения экспериментов по отжигу из кристаллов, полученных в системах Ni-Fe-C и Fe-Cu-C, изготовлены образцы позволяющие проводить спектроскопические измерения, как в секторах роста октаэдра, так и секторах роста куба. Термобарический отжиг образцов проведен на беспрессовой установке высокого давления типа «разрезная сфера» (БАРС) при стабилизирующем давлении 7.0-7.5 ГПа в диапазоне температур 1400-2200 С с фиксированной длительностью 2 часа. Исследование кристаллов алмаза до и после термобарического отжига проведено с использованием комплекса методов оптической спектроскопии. Анализ полученных данных показал, что процесс агрегации примесного азота в секторах роста октаэдра в кристаллах из системы Fe-Cu-C характеризуется существенно более низкими скоростями, чем в аналогичных секторах в кристаллах из системы Ni-Fe-C, но при этом имеет несколько более высокую скорость, чем секторах роста куба. В предположении о том, что кинетика агрегации соответствует второму порядку, получены следующие значения для эффективной энергии активации: Ni-Fe-C, сектор {111} – 4.5 эВ; Fe-Cu-C, сектор {111} – 5.5 эВ; Ni-Fe-C, сектор {100} – 6.0 эВ. Таким образом, результаты проведенных исследований свидетельствуют о том, что процесс агрегации примесного азота в алмазе крайне чувствителен к характеристикам дефектно-примесной структуры исходных кристаллов. Выявление роли различных структурных несовершенств в формировании агрегатных форм азотных дефектов в алмазе является ключевым фактором для построения модели адекватно описывающей процессы мантийного отжига природных алмазов. Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект 12-0500923). Evans T. (1992). In: The properties of natural and synthetic diamond (J.E. Field, ed.) Academic Press, London, pp.259-290. Fisher D., Lawson S.C. (1998). Diamond Relat. Mater. 7, 322. Kiflawi I., Kanda H., Mainwood A. (1998). Diamond Relat. Mater. 7, 327. 430