Большинство природных алмазов образовались в мантии на глубине 150–250 км при температурах от 900 до 1300 °C и давлении превышающем атмосферное в 50 тысяч раз. Кристаллическая структура алмаза представляет собой трёхмерную сетку из тетраэдров: в центре и в четырёх вершинах каждого тетраэдра находятся атомы углерода, причём каждый атом решётки связан с четырьмя соседними. В подавляющем большинстве природных алмазов присутствуют примеси. Чаще всего в кристаллическую решётку при росте кристалла встраиваются атомы азота. Также встречается примесь водорода, бора, изредка – кремния и никеля.
Воздействие высоких температур в период образования алмаза приводит к формированию различных конфигураций примесных атомов и их комплексов с собственными дефектами (вакансии и межузельные атомы). Именно эти дефекты во многом определяют физические свойства кристаллов алмаза, в частности придают им окраску.
Авторы исследовали природный кристалл алмаза с помощью комплекса аналитических методов, позволяющих получить информацию о структуре и дефектности вещества на разных уровнях. В структуре кристалла учёные обнаружили многочисленные дислокации (линейные нарушения правильного порядка атомов в кристалле), дислокационные петли и скопления точечных дефектов, возникших при смещении дислокаций.
Особый интерес учёных вызвал впервые обнаруженный тип дефектов – тонкие ромбические пластины толщиной 1-3 нм и размером до 20 нм. В этих областях примесные элементы отсутствуют, а анализ контраста на ПЭМ-изображениях свидетельствует о низкой плотности материала. По мнению авторов, такие «пластины» представляют собой вакансионные кластеры – их можно описать как нанополости в кристаллической решётке. Эти нанополости нередко образуют скопления, залегающие вдоль определённых кристаллографических направлений.
«Наиболее интересным результатом данного исследования можно считать обнаружение нового типа протяжённых дефектов в алмазе. Мы предполагаем, что эти дефекты образуются в результате взаимодействия дислокаций. Под действием нагрузки дислокации перемещаются. Когда две дислокации сближаются на критическое расстояние, то, в зависимости от условий деформации кристалла (температура, скорость деформации и др.), возможны различные варианты их поведения: они могут взаимно уничтожиться (аннигилировать), однако могут и образовать более сложные конфигурации. В частности, после аннигиляции дислокационной петли возможно формирование плоской нанополости – скопления незанятых узлов решётки. В дальнейшем такие нанополости могут расти за счёт вакансий, генерируемых движущимися дислокациями. Однако механизм стабилизации и роста обнаруженных нами дефектов пока остаётся неясным», – рассказал один из авторов исследования, главный научный сотрудник лаборатории новых физико-химических проблем ИФХЭ РАН, доктор химических наук, профессор РАН Андрей Альбертович Ширяев.
В зоне, где расположены нанополости, при возбуждении инфракрасным лазером исследователи зафиксировали многочисленные узкие полосы фотолюминесценции. При этом набор люминесцирующих центров существенно варьировался даже в областях на расстоянии в единицы микрон. Учёные связывают наблюдаемые люминесцентные эффекты с процессами переноса заряда на поверхности нанополостей. Аналогичные явления ранее были зафиксированы в некоторых образцах лабораторно выращенных наноалмазов.
По оценкам авторов, результаты работы не только представляют интерес для понимания минералогии алмаза и реконструкции условий его формирования, но и открывают новые перспективы для управления люминесцентными свойствами этого материала, что важно для широкого спектра технологических приложений.
Исследование выполнено при поддержке Минобрнауки России.
По материалам:
Ширяев А.А., Васильев Е.А., Васильев А.Л., Артемов В.В., Губанов Н.В., Зедгенизов Д.А. Спектроскопия и просвечивающая электронная микроскопия кристалла алмаза с Y-центрами. Геология и геофизика, 2026, 67(7), c. 967–978. DOI: 10.15372/GiG2025199
Материал подготовлен: Ольга Макарова / Пресс-служба ИФХЭ РАН
В других источниках: Новости Минобрнауки России 19/10/2026