Студент: Исакова А. А
жүктеу/скачать 60.83 Kb.
|
| НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Оптические свойства импактных алмазов Студент: Исакова А.А. Группа : ФЛ-71М Научный руководитель: д-р физ. - мат. наук Елисеев А.П. 2012
Известно, что для образования алмаза нужны высокие температуры и давления: более 1200ºС и 4ГПа. Гораздо большие Р и Т параметры реализуются при ударных процессах, например при ударе метеорита о Землю: Р до 140 ГПа и Т до 4000ºС. В таких условиях образуются импактные алмазы (ИА), которые представляют собой смесь углеродных фаз: кубического и гексагонального алмаза, чаоита (природного карбина), SiC и графита. Наиболее интересной и малоизученной компонентой является гексагональный алмаз (лонслейлит), доля которого достигает 70%. Лонсдейлит, как и кубический алмаз относится также к координационным (объемным) структурам с sp3 гибритизацией, но отличается характером упаковки слоев(AB/AB и ABC/ABC, соответственно). Для получения лонсдейлита требуются более высокие давления (>13 ГПа), он малодоступен и только в виде мелких кристаллов, его свойства мало изучены. Объектом наших исследований были прозрачные импактные алмазы (ИА) из Попигайской астроблемы - метеоритного кратера диаметром около 100 км, расположенного на севере Красноярского края.Целью работы является изучение оптических свойств ИА методами абсобционной, люминесцентной и термоактивационной спектроскопии. [1] На Рис.1 показаны типичные Попигайские импактные алмазы (ПИА). Это куcочки размером до 1.5 мм сложной формы, обычно уплощенные, цвет которых варьируется от черного, может быть желтым, зеленоватым и до бесцветного в зависимости от фазового состава.
Спектр поглощения приведен на Рис.2 в сравнении с обычным кубическим алмазом. Для последнего пропускание начинается резким подъемом при 225 нм (2), длдя импактного алмаза характерно медленное нарастание пропускания в диапазоне 0.2-6 микрон, которое типично для структур с большим количеством субмикронных светорассеивающих включений. Медленно ослабевающие с увеличением длины волны потери из-за Рэлеевского рассеяния света на субмикронных включениях посторонних фаз описывается выражением (σ~λ-4r6), где λ–длина волны, а r - размер включений. [2] 
Длина волны, нм 
Рис 4 Спектр пропускания импактного алмаза(1) и кубического(2) Для монокристаллических образцов кубического алмаза характерна высокая прозрачность в диапазоне прозрачности, построение поглощения в координатах (α*hν)2= f(hν) [4] показывает прямолинейный участок к края собственного поглощения, пересечение которого с абциссой дает ширину запрещенной зоны Eg=5.5 эВ.[3] Это случай разрешенных прямых переходов между параболическими зонами. Видно, что диапазон прозрачности импактных алмазов близок к кубическому, что вполне ожидаемо: основной компонентой импактного алмаза является как - раз кубических алмаз. Другая важная компонента импактного алмаза - лонсдейлит и, судя по той же sp3 гибритизации и примерно тем же длинам связей ожидаются близкие значения и для Eg. Сильное светорассеяние в импактном алмазе объясняется поликристалличностью и высокой концентрацией включений (фаз) между микроблоками. 
Энергия фотона, еВ 
Рис 5 Оценка ширины запрещенной зоны импактного алмаза Фрагмент спектров в среднем ИК показан на Рис 3. В области 1700-2500 см-1: форма спектра поглощения в импактных алмазах очень похожа на поглощение кубических алмазов: три широкие полосы около 1900, 2200 и 2500 см-1 (собственное поглощение в решетке алмаза).. В однофононной области спектра (800-1332 см-1) в кубическом алмазе в подавляющем числе кристаллов наблюдается поглощение азотных центров- одиночных и парных замещающих (С и А, соответственно), а также пластинчатых образований - плейтлейтцев (центры B). Спектр поглощения импактных алмазов существенно отличается от кубического алмаза - нет ничего похожего на азотные центры. Как правило, наблюдается новая структура с основными полосами 1080, 1230 см1, которую можно отнести к лонсдейлиту. Поглощение в точке 2000 см-1 используется в качестве эталона в кубических алмазах (12.31 см-1). В импактных алмазах реальное поглощение в этой точке значительно ниже (6-8 см-1), вполне возможно это отражает вклад кубического алмаза в импактном. 
Волновое число , см-1 
Рис 3 Спектры поглощения импактных алмазов: G1 (линия 1), G2 (2), G4 (3) и G6 (4) в разделе (а) в сравнении с спектров поглощения в течение трех природных алмазов (б) типов Ib (5), IAA (6) и IaAB (7). Интенсивные группы линий около 2355 см-1 относится к колебаниям газообразного СО2 . Это поглощение в объеме импактных алмазов и оно не может быть полностью устранено очисткой поверхности. На Рис. 4 приведены спектры ФЛ при различных возбуждениях. В спектрах доминируют широкие полосы с максимумами 500, 630 и 720 нм, при низкой температуре наблюдаются слабые и относительно широкие бесфононные линии 596.6; 700; 713 и 773.8 нм. В вид свечение белесо-оранжевое. В спектрах рентгенолюминесценции фиксируется также коротковолновая компонента-широкая полоса около 440 нм. Для сравнения здесь показаны спектры наиболее распространенных электронно-колебательных систем Н3, 638 и GR1, соответствующих азотным дефектам со структурой N2V, NV и V0 (вакансия). БФЛ в импактных алмазах значительно уширены: ширина 2-4 нм вместо 1 нм в кубических алмазах.  
Длина волны, нм Длина волны, нм 
Рис 4 спектры Фотолюминесценции верхний спектр - кубического алмаза, ниже предстваленны полученные спектры импактьных алмазов На Рис 5 приведена температурная зависимость для ФЛ в импактных алмазах. Тушение монотонно в диапазоне 100-500 К. Его трудно описать известным законом Мотта и это связано, скорее всего, перекрытием нескольких широких полос с различными параметрами (E, ω0). На Рис.15 показана экспериментальная кривая ТСЛ и ее аппроксимация несколькими (4мя) пиками, а также приведены кинетические параметры для соответствующих центров захвата.[5]  
Т, К Рис 5 Спектры термостимулированной люминесценции и аппроксимация в предположение четырех компонент( слошные линии)
Выводы
Список литературы
жүктеу/скачать 60.83 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|
