Bảng tin tháng 06/2011

Kim Cương Màu Đỏ Phớt Cam Bị Phủ Màu Và Lấp Đầy Mặt Nứt

Phòng giám định New York vừa nghiên cứu 1 viên kim cương tròn, giác cúc nặng 1,09 ct, màu đỏ phớt cam phân bố màu đều và khá đậm (hình 1, bên trái). Đá có màu đậm như thế thường chỉ thấy trong kim cương xử lý hay nhân tạo, trong tự nhiên thì rất hiếm gặp. Xem dưới độ phóng đại thì ít thấy đới màu hay sọc tăng trưởng trong những viên đá như thế. Nghiên cứu thêm dưới ánh sáng phản chiếu thấy các đốm không màu dọc theo các giác đáy và ranh giới mặt giác (hình 1, bên phải), điều đó chứng tỏ có dấu hiệu của sự xử lý phủ màu.

Xem trực diện, viên kim cương phát quang màu xanh yếu dưới chiếu xạ UV sóng dài và màu vàng rất yếu dưới UV sóng ngắn. Cả hai trường hợp đều thấy dạng lốm đốm màu khắp viên kim cương. Tuy nhiên khi xem từ mặt đáy thì viên kim cương trơ (không phát quang), cho thấy rằng phát quang đang bị che.

Phổ hồng ngoại (IR) cho thấy các đặc điểm tiêu biểu của kim cương kiểu Ia. Phổ hấp thu cực tím – thấy được – gần hồng ngoại (UV-Vis-NIR) (hình 2) có một dãy rộng tập trung ở ~480 nm, đặc trưng cho kim cương màu vàng phớt cam hay màu cam phớt vàng hơn là kim cương màu đỏ phớt cam như trường hợp này. Dưới chiếu xạ sóng cực ngắn (~225 nm) của thiết bị DiamondView (hình 3) có thể thấy các vân phát quang màu xanh ở đó lớp phủ màu bị bong tróc; không có lớp phủ màu hiện trên các giác phần trên.

Nghiên cứu dưới kính phóng đại thấy thêm dấu hiệu của phương pháp xử lý thứ hai. Nhìn viên đá từ đáy, chúng tôi thấy nhiều khe nứt trong đó chứa nhiều bọt khí bị mắc kẹt, thường là dấu hiệu đầu tiên cho thấy viên kim cương bị xử lý lấp đầy thủy tinh (S. F. McClure và R. C. Kammerling, “Hướng dẫn cách quan sát để xác định kim cương bị xử lý lấp đầy”, Summer 1995 G&G, trang 114 – 119). Mặc dù hiệu ứng lóe sáng thường dễ dàng nhìn thấy trong kim cương xử lý lấp đầy thủy tinh như viên này, là do phản chiếu từ nhiều vết nứt lớn, nhưng lớp phủ màu đỏ phớt cam đã khe khuất hiệu ứng này. Chỉ dưới đèn sợi quang cường độ mạnh mới thấy hiệu ứng lóe sáng trong viên kim cương này, nhưng chúng sẽ thấy được ở nhiều vị trí khi xem từ mặt trên xuống mặt đáy. Phổ huỳnh quang tia X phân tán năng lượng (EDXRF) phát hiện ra chì, điều đó khẳng định có dấu hiệu của xử lý lấp đầy thủy tinh.

Đến giờ các tác giả mới thấy sự kết hợp của các kiểu xử lý trên kim cương, như viên đá này là một minh chứng. Do lớp phủ và lấp đầy khe nứt không bền nên phòng giám định chỉ cấp 1 bảng giám định duy nhất cho viên kim cương này. (Theo Sharon Cybula và Paul Johnson, trong Lab Notes G&G Spring 2010)

 

Kim Cương Có Phát Quang Màu Lục Hiếm Thấy

Một số viên kim cương chất lượng quý có sự quát quang khi bị chiếu xạ cực tím. Phần lớn phát quang màu xanh, tạo ra bởi tâm N3 (một nhóm gồm 3 phân tử nitrogen bao quanh một chỗ khuyết nút mạng tinh thể) được nhìn thấy trong kim cương kiểu Ia (xem T. M. Moses và nhóm tác giả, “Báo cáo về nhận biết hiệu ứng phát quang màu xanh trên kim cương”, Winter 1997 G&G, trang 244 – 259). Cũng có thể thấy những màu phát quang khác tùy thuộc cách quan sát. Ví dụ, phát quang màu hồng cam mạnh đi với kim cương kiểu IIa là hiếm thấy (thường là “màu hồng Golconda”) được tạo ra bởi các tâm nitơ thay thế chỗ khuyết mạng tinh thể (NV – nitrogen-vacancy).

Viên kim cương tròn, giác cúc nặng 2,39 ct (hình 4) đưa đến phòng giám định New York có phát quang màu lục hiếm gặp. Nó được phân cấp màu E và độ sạch IF. Phổ hấp thu hồng ngoại xác định viên kim cương kiểu IIa, không phát hiện phổ hấp thu liên quan đến N. Nó phát quang màu lục vừa đến mạnh dưới chiếu xạ UV sóng dài và màu lục mạnh dưới UV sóng ngắn; phát quang màu lục cũng được nhìn thấy dưới thiết bị DiamondView (hình 5).

Phát quang màu lục được tạo ra do tâm H3, được phát hiện trong phổ hấp thu UV-Vis của viên kim cương này. Tâm H3 cũng tạo ra phát quang lục mạnh, ánh sáng hiển nhiên được phát ra bởi kim cương kiểu Ia “loại phát ra màu lục” (E. Frisch và nhóm tác giả, “Phát hiện xử lý trong 2 viên kim cương màu lục hiếm gặp”, Fall 1988 G&G, trang 165 – 168).

Viên kim cương kiểu IIa màu tự nhiên có phát quang màu lục mạnh, phân bố đều thì cực kỳ hiếm, đặc biệt trong các cấp không màu (D-E-F). Kiểu họa tiết mạng lưới hỗn độn đặc trưng nhìn thấy trong DiamondView (hình 6) kết hợp với các đặc điểm quang phổ và ngọc học khác cho thấy rõ rằng màu là tự nhiên. Phát quang màu lục này bổ sung thêm tính hiếm của kim cương kiểu IIa rất hiếm khi có màu và độ sạch cao như thế. (Theo Paul Johnson trong Lab Notes, G&G Spring 2010)

 

Xác Định Các Viên Kim Cương Màu Đen Do Xử Lý Chiếu Xạ

Chiếu xạ trên viên kim cương để thay đổi màu của chúng không phải là phương pháp mới, đặc biệt đối với các viên màu đen. Sáu thập niên gần đây F. H. Pough và A. A. Schulke nhận thấy rằng chiếu xạ cyclotron (gia tốc) quá lâu sẽ làm cho kim cương chuyển sang màu đen (“Nhận diện kim cương chiếu xạ trên bề mặt”, Spring 1951 G&G, trang 3 – 11). Việc giám định các viên kim cương màu đen bị chiếu xạ trước đây được tiến hành chủ yếu qua các kiểm tra ngọc học cơ bản (như quan sát bằng kính hiển vi và phổ kế cầm tay). Với những tiến bộ của khoa học công nghệ, hiện nay đã có các phương pháp nghiên cứu tinh vi giúp cung cấp thêm những bằng chứng xác đáng về nguyên nhân tạo màu trong những viên đá như thế.

Hai viên hình tròn, giác cúc trong hình 7 mới đưa đến phòng giám định New York để xác định màu gốc. Cả 2 được xác định là kim cương loại Ia và màu được phân cấp là màu đen. Xem dưới nguồn ánh sáng từ trên cao thì chúng chắn sáng và có ánh phản chiếu mạnh không kể đến các chỗ hỏng hốc và vết đánh bóng.

Nghiên cứu dưới kính hiển vi và đèn sợi quang, viên kim cương 0,65 ct có màu lục đậm và viên 2,10 ct có màu xanh đậm (xem lại hình 7). Viên lớn hơn có nhiều bao thể bị graphit hóa (than chì hóa). Viên đá nhỏ hơn, màu lục đậm là đặc trưng của kim cương “đen” được tạo màu bằng chiếu xạ nhân tạo (xem R. C. Kammerling và nhóm tác giả, “Nghiên cứu bộ trang sức kim cương đen” Winter 1990 G&G, trang 282 – 287). Cả 2 viên kim cương đều trơ dưới cả chiếu xạ UV sóng dài và sóng ngắn và cũng không phát hiện phóng xạ trong 2 mẫu bằng máy đếm Geiger. Ngày nay, hầu hết kim cương được chiếu xạ bằng máy gia tốc điện tử, phương pháp này không để lại chất phóng xạ dư thừa.

Phổ hấp thu cực tím – thấy được – gần hồng ngoại (UV-Vis-NIR) ở nhiệt độ nitrogen hóa lỏng không thấy phổ hấp thu rõ rệt trong viên 0,65 ct nhưng thấy được ngưỡng hấp thu tại 741 nm trong viên kim cương 2,10 ct. Hơn nữa dưới phổ UV-Vis-NIR độ phân giải cao viên kim cương 2,10 ct cũng thấy được các đỉnh hấp thu yếu và rộng tại 464, 470 và 545 nm. Các đỉnh 464 và 470 được nghĩ là liên quan đến chiếu xạ, trong khi đó đỉnh 545 nm được cho là có sự hiện diện của hydrogen. Phổ phát quang bức xạ (PL) ghi lại bằng laser 633 nm thấy một đỉnh bức xạ rõ ở 741 nm trong cả 2 viên kim cương là do sự sai hỏng các chỗ khuyết mạng tinh thể carbon GR1.

Sự tổng hợp các đặc điểm ngọc học và phổ cho thấy những viên kim cương này bị chiếu xạ nhân tạo. Sự tập trung nhiều tâm sai hỏng GR1 tạo ra màu cực tối cho cả 2 viên kim cương “đen”; “phần cuối” của dãy phổ này trải dài khắp vùng phổ nhìn thấy. Mặc dù sự sai hỏng tâm GR1 có thể có trong kim cương thiên nhiên và chiếu xạ nhân tạo nhưng cường độ của đỉnh phổ hấp thu đã chứng thực thêm rằng những viên kim cương này bị chiếu xạ trong phòng thí nghiệm để tạo ra màu đen của chúng.

(Theo Jason Darley, Sally Chan và Michelle Riley, trong Lab Notes G&G Spring 2010)

 

Kim Cương Kiểu IIb Màu Xanh, Kích Thước Lớn Bị Xử Lý HPHT

Những viên kim cương kiểu IIb nổi tiếng bởi màu xanh và tính bán dẫn điện của chúng, cả 2 đặc tính này được tạo ra bởi các tạp chất boron – Bo. Tuy nhiên chỉ một tỷ lệ nhỏ kim cương kiểu IIb có màu xanh đậm và tinh khiết. Chúng thường thấy với màu xám và thậm chí màu nâu là tông màu chính, thỉnh thoảng còn là màu chủ đạo. Tuy nhiên, xử lý áp cao, nhiệt cao (HPHT) có thể loại bỏ các hợp phần màu xám và màu nâu không mong muốn này tạo cho viên đá có màu xanh hấp dẫn hơn. Kỹ thuật xử lý này được sử dụng để cải thiện màu kim cương trong hơn một thập kỷ và mới đây phòng giám định New York có cơ hội nghiên cứu một trong những viên kiểu IIb có kích thước lớn nhất từ trước đến giờ bị xử lý HPHT (hình 8).

Viên kim cương hình giọt nước nặng 6,46 ct (15,31 x 10,48 x 5,71 mm) được phân cấp màu xanh đậm sáng, không lẫn màu xám hoặc nâu. Độ sạch là IF; không giống như nhiều viên kim cương kiểu IIa và IIb xử lý HPHT khác, viên này không có sọc tăng trưởng bên trong. Một giác đáy khá lớn chỉ bị đánh bóng một phần thấy được dấu vết tàn dư của các mặt lờ mờ kiểu sương phủ được tạo ra do xử lý HPHT còn rất rõ rệt. Quan sát dưới kính hiển vi bằng kính hai nicol phân cực vuông góc cho thấy chỉ màu giao thoa giữa màu xám và nâu trong họa tiết kiểu gợn sóng. Viên kim cương này có tính dẫn điện.

Nghiên cứu dưới thiết bị DiamondView cho thấy phát huỳnh quang màu xanh hơi mạnh và phát lân quang màu xanh mạnh. Phổ giữa hồng ngoại có các dãy hấp thụ mạnh, rộng ở ~2930, ~2800 và ~2460 cm^-1, điều đó khẳng định viên kim cương này thuộc kiểu IIb. Dựa vào cường độ của những dãy hấp thu này thì sự tập trung boron ước lượng ở ~0,24 ppma. Phổ UV-Vis-NIR cho thấy sự hấp thu giảm dần từ vùng gần hồng ngoại đến vùng cực tím, đặc trưng của kim cương màu xanh, tinh khiết kiểu IIb. Phổ phát quang bức xạ ở nhiệt độ nitrogen hóa lỏng với bức xạ laser từ cực tím UV đến hồng ngoại IR cùng với những đặc tính ngọc học khác đã xác định viên kim cương này bị xử lý HPHT.

Những viên kim cương kiểu IIb cực kỳ hiếm trong tự nhiên và có giá trị cao trên thị trường trang sức. Sự tồn tại của viên kim cương kiểu IIb xử lý HPHT có kích thước và chất lượng như thế nhấn mạnh tầm quan trọng trong giám định đá quý của các phòng giám định được trang bị đầy đủ các thiết bị hiện đại.

(Theo Wuyi Wang, Ren Lu và Tom Moses, trong Lab Notes quyển G&G Spring 2010)

 

Màu Hồng Của Kim Cương Được Tạo Bởi Nhiều

Quá Trình Xử Lý

Màu của kim cương hồng đến đỏ được hình thành do 2 dạng hỏng mạng tinh thể: một dạng là do dãy 550 nm và dạng khác là tâm NV. Trong hầu hết những viên kim cương như thế, bao gồm cả kim cương từ mỏ Argyle thuộc Australia, sự hình thành màu là do dãy 550 nm. Trong khi tầm quan trọng của đặc điểm phổ này đã được biết đến từ lâu thì tính chất vật lý của sự sai hỏng này không được hiểu một cách cặn kẽ và cho đến ngày nay chưa có kỹ thuật nhân tạo nào được biết là có thể tạo ra được điều đó.

Tuy nhiên các tâm NV thì được biết đến nhiều hơn và có thể đưa được vào phòng thí nghiệm, phần lớn là do sự kết hợp của nhiều quá trình xử lý. Một lượng lớn kim cương cam – hồng – đỏ, màu được nhân tạo từ việc tạo nên tâm sai hỏng NV, gần đây trở nên có giá trị trên thị trường trang sức. Phòng giám định đá quý ở New York đã kiểm tra 63 viên kim cương xử lý như thế, tất cả đều có màu hồng đậm (hầu hết là kim cương có màu tương đương màu vừa đến màu sặc sỡ).

Viên lớn nhất nặng 8,44 ct, hình giọt nước (18,02 x 11,21 x 6,41 mm), màu được phân cấp là màu hồng phớt cam sặc sỡ (hình 9). Sự tập trung màu yếu thấy ở chóp đáy và dọc theo các cạnh giác viên đá. Viên đá phát quang cam mạnh với các đới màu lục yếu dưới chiếu xạ UV sóng dài và cam mạnh dưới UV sóng ngắn. Ngoài một số vết nứt nhỏ thì không có đặc tính bên trong nào đáng kể.

Phổ giữa hồng ngoại thấy được dãy hấp thu yếu ở 1332 và 1170 cm^-1, nhưng không có đỉnh ở ~1360 cm^-1 hay ~1280 cm^-1. Những đặc điểm này cho thấy viên kim cương thuộc kiểu IaB, tinh khiết, với lượng nitơ khoảng 2,3 ppma dựa vào cường độ của dãy hấp thu tại 1280 cm^-1. Thêm nữa, các vạch hấp thu rất yếu ở 1450 cm^-1 (sai hỏng mạng tại tâm H1a) và 1344 cm^-1 (có liên quan đến nitơ tự do) cũng được ghi nhận. Ngoài ra còn thấy các vạch hấp thu khá mạnh ở 3107 và 1405 cm^-1 liên quan với hydrô (cường độ tương ứng là 0,35 và 0,09 cm^-1).

Phổ UV-Vis-NIR ghi được ở nhiệt độ nitơ hóa lỏng cho thấy các vạch hấp thu mạnh từ các tâm NV với các đỉnh phonon bậc 0 sắc nét ở 575,0 và 637,0 nm và các dãy hấp thu liền kề ở cả hai phía. Những vạch hấp thu này hấp thụ hoàn toàn ánh sáng màu lục, màu vàng và một phần ánh sáng màu cam kết quả là tạo ra màu hồng phớt cam đậm. Các vạch hấp thu khá mạnh quan sát được ở 594,3 và 741,2 nm (GR1), đó là các đặc điểm đặc trưng của xử lý chiếu xạ và nung nhiệt trong kim cương. Các vạch hấp thu yếu từ ND1 (393,3 nm), N3 (415,2 nm), H4 (496,0 nm) và H3 (503,1 nm) cũng được ghi nhận.

Tất cả 63 viên kim cương có đặc điểm rất tương đồng. Những quan sát ngọc học và phổ hấp thu cho phép ta phán đoán chắc chắn rằng chúng đã trải qua nhiều quá trình xử lý, bao gồm sự tôi luyện HPHT và sau đó là chiếu xạ và tôi luyện ở nhiệt độ tương đối thấp.

Sự kết hợp các kỹ thuật xử lý với nhau đã đưa kim cương xử lý màu hồng này thâm nhập vào công nghiệp trang sức. (Theo Wuyi Wang trong Lab Notes, G&G Spring 2010)

 

Kim Cương Vàng Phớt Lục Kiểu IIa Tạo Màu Bằng Nitơ

Không Hoạt Hóa Trong Vùng Hồng Ngoại

Đối với kim cương kiểu IIa sẽ không phát hiện ra vạch hấp thu liên quan đến N trong vùng giữa hồng ngoại và chúng hầu như không màu, gần không màu hay màu nâu với nhiều cấp độ bão hòa khác nhau (là do các sai hỏng tại “nhiều vị trí khuyết mạng tinh thể” có liên quan đến biến dạng dẻo). Các sai hỏng mạng liên quan đến N hiếm khi tạo ra màu trên kim cương kiểu IIa, ngoại trừ một số kim cương “Golconda” màu hồng rất nhạt, chúng được tạo màu do các tâm NV. Mới đây phòng giám định New York nghiên cứu một viên kim cương kiểu IIa màu vàng phớt lục tạo màu bằng sai hỏng nitrogen không hoạt hóa trong vùng hồng ngoại.

Viên kim cương nặng 0,90 ct (5,86 x 5,54 x 3,30 mm; hình 10) có màu vàng phớt lục phân bố đều khắp viên đá. Phổ giữa hồng ngoại không có vạch hấp thu ở vùng phonon bậc 1 – điều kiện để xếp nó vào kiểu IIa – và cũng không thấy dãy hấp thu 3107 cm^-1 liên quan đến H. (Một dãy hấp thu yếu ở 3107 cm^-1 thường thấy được đối với kim cương kiểu IIa chứa một lượng nhỏ N, điều đó thấy rõ trong phổ hồng ngoại – IR). Khi quan sát dưới đèn UV tiêu chuẩn, viên kim cương phát quang xanh mạnh dưới chiếu xạ UV sóng dài và vàng vừa dưới UV sóng ngắn. Nghiên cứu dưới thiết bị DiamondView thấy phát quang màu lục mạnh và họa tiết hình đa giác phân bố đều tạo ra bởi sự sai hỏng mạng, đó là đặc điểm của kim cương thiên nhiên kiểu II (hình 11).

Phổ hấp thu UV-Vis-NIR ghi nhận ở nhiệt độ N hóa lỏng cho thấy sự tập trung tương đối cao các tâm sai hỏng H3 với giới hạn nặng lượng của phonon bậc 0 (ZPL) ở 503,2 nm, điều đó tạo nên màu vàng phớt lục (hình 12). Tâm sai hỏng H3 gồm 2 nguyên tử N và một chỗ khuyết mạng gần đó – hấp thụ ánh sáng màu xanh, màu tím và phát ra ánh sáng màu lục. Ngoài ra còn ghi nhận được phổ hấp thu hơi mạnh từ sai hỏng N3 (ZPL ở 415,2 nm) và một đỉnh yếu nhưng sắc nét ở 637,0 nm từ tâm NV^- và các dãy hấp thu liền kề của chúng liên quan đến ZPLs. Tâm sai hỏng N3 và NV^- đóng góp rất ít, có thể là không có, trong việc tạo màu của kim cương, do N3 nằm ngoài vùng ánh sáng nhìn thấy và phổ hấp thu từ tâm NV^-  là rất yếu. Một viên kim cương kiểu IIa màu E với phát quang lục mạnh dưới chiếu xạ UV tạo ra bởi tâm sai hỏng H3 có liên kết với N được ghi nhận bởi P. Johnson ở trang 49 – 50 trong phần Lab Notes, G&G Spring 2010.

Cả đặc điểm ngọc học và phổ hấp thu đều bác bỏ mọi khả năng xử lý. Do đó thật thú vị khi gặp một viên kim cương kiểu IIa có chứa một lượng đáng kể nitrogen không hoạt hóa trong vùng hồng ngoại – IR, đặc biệt màu vàng phớt lục được tạo ra do sai hỏng liên quan đến nitrogen.

(Theo Ren Lu và Wuyi Wang trong Lab Notes, G&G Spring 2010)