Krystalografické vady diamantu - Crystallographic defects in diamond
Nedokonalosti v krystalové mřížce z diamantu jsou běžné. Tyto krystalografické defekty v diamantu mohou být důsledkem nepravidelností mřížky nebo vnějších substitučních nebo intersticiálních nečistot, které byly zavedeny během růstu diamantu nebo po něm. Defekty ovlivňují materiálové vlastnosti diamantu a určují, kterému typu je diamant přiřazen; nejdramatičtější účinky jsou na barvu diamantu a elektrickou vodivost , jak vysvětluje struktura elektronického pásma .
Defekty lze detekovat pomocí různých typů spektroskopie , včetně elektronové paramagnetické rezonance (EPR), luminiscence indukované světlem ( fotoluminiscence , PL) nebo elektronového paprsku ( katodoluminiscence , CL) a absorpce světla v infračerveném (IR), viditelném a UV části spektra. Absorpční spektrum se používají nejen pro identifikaci vad, ale i k odhadu jejich koncentraci; může také odlišit přírodní od syntetických nebo vylepšených diamantů .
Značení diamantových center
V diamantové spektroskopii existuje tradice označovat defektem indukované spektrum očíslovanou zkratkou (např. GR1). Tato tradice byla obecně dodržována s některými pozoruhodnými odchylkami, jako jsou centra A, B a C. Mnoho zkratek je však matoucích:
- Některé symboly jsou si příliš podobné (např. 3H a H3).
- Náhodně byla stejná označení dána různým centrům detekovaným pomocí EPR a optických technik (např. N3 EPR centrum a N3 optické centrum nemají žádný vztah).
- Zatímco některá akronyma jsou logická, například N3 (N pro přírodní, tj. Pozorovaná v přírodním diamantu) nebo H3 (H pro zahřátá, tj. Pozorovaná po ozáření a zahřátí), mnoho nikoli. Zejména neexistuje jasný rozdíl mezi významem značek GR (obecné záření), R (záření) a TR (záření typu II).
Vada symetrie
Symetrie defektů v krystalech je popsána bodovými skupinami . Liší se od prostorových skupin popisujících symetrii krystalů absencí překladů, a proto je jejich počet mnohem menší. U diamantu byly dosud pozorovány pouze defekty následujících symetrií: čtyřboký (T d ), tetragonální (D 2d ), trigonální (D 3d , C 3v ), kosočtverečný (C 2v ), monoklinický (C 2h , C 1h , C 2 ) a triklinický (C 1 nebo C S ).
Defektní symetrie umožňuje předpovídat mnoho optických vlastností. Například jednofonová (infračervená) absorpce v čisté diamantové mřížce je zakázána, protože mřížka má inverzní centrum . Zavedení jakéhokoli defektu (i „velmi symetrického“, jako je NN substituční pár) však narušuje symetrii krystalu, což má za následek defektem indukovanou infračervenou absorpci, což je nejběžnější nástroj pro měření koncentrací defektů v diamantu.
U syntetických diamantů pěstovaných vysokotlakou vysokoteplotní syntézou nebo depozicí chemických par se defekty se symetrií nižší než čtyřboké vyrovnávají ke směru růstu. Takové zarovnání bylo také pozorováno u arzenidu galia, a proto není jedinečné pro diamant.
Vnější vady
Různé elementární analýzy diamantů odhalují širokou škálu nečistot. Většinou však pocházejí z inkluzí cizích materiálů v diamantu, které by mohly být malé nanometrů a neviditelné v optickém mikroskopu . Iontovou implantací lze také do diamantu zatlouct prakticky jakýkoli prvek . Podstatnější jsou prvky, které lze zavést do diamantové mřížky jako izolované atomy (nebo malé atomové klastry) během růstu diamantu. Do roku 2008 jsou těmito prvky dusík , bór , vodík , křemík , fosfor , nikl , kobalt a možná síra . V diamantu byl jednoznačně detekován mangan a wolfram , ale mohou pocházet z cizích inkluzí. Detekce izolovaného železa v diamantu byla později znovu interpretována z hlediska mikročástic rubínu produkovaných během syntézy diamantů. Předpokládá se, že kyslík je hlavní nečistotou v diamantu, ale v diamantu nebyl dosud spektroskopicky identifikován. Dvě elektronová paramagnetická rezonanční centra (OK1 a N3) byla původně přiřazena komplexům dusík-kyslík a později komplexům souvisejícím s titanem. Přiřazení je však nepřímé a odpovídající koncentrace jsou poměrně nízké (několik částí na milion).
Dusík
Nejběžnější nečistotou v diamantu je dusík, který může obsahovat až 1% hmotnosti diamantu. Dříve byly všechny defekty mřížky v diamantu považovány za důsledek strukturálních anomálií; pozdější výzkum ukázal, že dusík je přítomen ve většině diamantů a v mnoha různých konfiguracích. Většina dusíku vstupuje do diamantové mřížky jako jeden atom (tj. Molekuly obsahující dusík se před začleněním disociují), molekulární dusík se však také začleňuje do diamantu.
Absorpce světla a dalších materiálových vlastností diamantu je vysoce závislá na obsahu dusíku a stavu agregace. Ačkoli všechny konfigurace agregátů způsobují absorpci v infračerveném spektru , diamanty obsahující agregovaný dusík jsou obvykle bezbarvé, tj. Mají malou absorpci ve viditelném spektru. Čtyři hlavní formy dusíku jsou následující:
C-dusíkové centrum
Střed C odpovídá elektricky neutrálním jednotlivým substitučním atomům dusíku v diamantové mřížce. Ty jsou snadno viditelné ve spektrech elektronové paramagnetické rezonance (ve kterých se matoucím způsobem nazývají centra P1). C centra dodávají sytě žlutou až hnědou barvu; tyto diamanty jsou klasifikovány jako typ Ib a jsou běžně známé jako „kanárské diamanty“, které jsou ve formě drahokamů vzácné . Většina syntetických diamantů vyráběných vysokotlakou vysokoteplotní (HPHT) technikou obsahuje vysokou hladinu dusíku ve formě C; dusičitá nečistota pochází z atmosféry nebo ze zdroje grafitu. Jeden atom dusíku na 100 000 atomů uhlíku vytvoří žlutou barvu. Protože atomy dusíku mají k dispozici pět elektronů (o jeden více než atomy uhlíku, které nahrazují), působí jako „hlubokí dárci “; to znamená, že každý substituující dusík má další elektron k darování a tvoří donorovou energetickou úroveň v pásmové mezeře . Světlo s energií nad ~ 2,2 eV může excitovat donorové elektrony do vodivého pásma , což má za následek žlutou barvu.
Střed C produkuje charakteristické infračervené absorpční spektrum s ostrým vrcholem při 1344 cm −1 a širším rysem při 1130 cm −1 . Absorpce na těchto špičkách se běžně používá k měření koncentrace jediného dusíku. Další navrhovaný způsob, využívající UV absorpci při ~ 260 nm, byl později vyřazen jako nespolehlivý.
Defekty akceptoru v diamantu ionizují pátý dusíkový elektron v C centru a převádějí jej na C+ centrum. Ten má charakteristické IR absorpční spektrum s ostrým vrcholem při 1332 cm −1 a širšími a slabšími vrcholy při 1115, 1046 a 950 cm −1 .
Centrum dusíku
Střed A je pravděpodobně nejčastější vadou přírodních diamantů. Skládá se z neutrálního nejbližšího sousedního páru atomů dusíku nahrazujících atomy uhlíku. Střed A produkuje práh absorpce UV při ~ 4 eV (310 nm, tj. Očím neviditelný), a proto nezpůsobuje žádné zbarvení. Diamant obsahující dusík převážně ve formě A klasifikovaný jako typ IaA .
Střed A je diamagnetický , ale pokud je ionizován UV zářením nebo hlubokými akceptory, vytváří elektronové paramagnetické rezonanční spektrum W24, jehož analýza jednoznačně dokazuje strukturu N = N.
Střed A ukazuje IR absorpční spektrum bez ostrých rysů, které se výrazně liší od C nebo B center. Jeho nejsilnější vrchol při 1282 cm −1 se běžně používá k odhadu koncentrace dusíku ve formě A.
B-dusíkové centrum
Panuje obecná shoda, že centrum B (někdy nazývané B1) se skládá z volného uhlíku obklopeného čtyřmi atomy dusíku, které nahrazují atomy uhlíku. Tento model je v souladu s jinými experimentálními výsledky, ale neexistují žádná přímá spektroskopická data, která by to potvrzovala. Diamanty, kde je většina center B formy dusíku vzácná, jsou klasifikovány jako typ IaB ; většina drahokamových diamantů obsahuje směs center A a B spolu s centry N3.
Podobně jako A centra, B centra neindukují barvu a B centrům nelze připsat žádnou UV nebo viditelnou absorpci. Časné přiřazení absorpčního systému N9 ke středu B bylo později vyvráceno. Střed B má charakteristické IR absorpční spektrum (viz infračervený absorpční obrázek výše) s ostrým vrcholem při 1332 cm −1 a širším rysem při 1280 cm −1 . Ten se běžně používá k odhadu koncentrace dusíku ve formě B.
Všimněte si toho, že mnoho optických vrcholů v diamantu má náhodně podobné spektrální polohy, což mezi gemology způsobuje velké zmatky. Spektroskopisté používají k identifikaci defektů spíše celé spektrum než jeden vrchol a zvažují historii růstu a zpracování jednotlivých diamantů.
Centrum dusíku N3
Centrum N3 se skládá ze tří atomů dusíku obklopujících volné místo. Jeho koncentrace je vždy jen zlomkem A a B center. Centrum N3 je paramagnetické , takže jeho struktura je dobře odůvodněna analýzou spektra EPR P2. Tento defekt vytváří charakteristickou absorpční a luminiscenční čáru při 415 nm, a proto sám o sobě neindukuje barvu. Střed N3 je však vždy doprovázen středem N2, který má absorpční čáru při 478 nm (a bez luminiscence). Výsledkem je, že diamanty bohaté na centra N3/N2 mají žlutou barvu.
Boron
Diamanty obsahující bor jako substituční nečistotu se nazývají typ IIb . Pouze jedno procento přírodních diamantů je tohoto typu a většina z nich je modrá až šedá. Bor je akceptor diamantu: atomy boru mají o jeden méně dostupný elektron než atomy uhlíku; proto každý atom boru nahrazující atom uhlíku vytvoří v mezeře pásma elektronovou díru, která může přijmout elektron z valenčního pásma . To umožňuje absorpci červeného světla a vzhledem k malé energii (0,37 eV) potřebné k tomu, aby elektron opustil valenční pás, mohou být otvory tepelně uvolňovány z atomů boru do valenčního pásma i při pokojových teplotách. Tyto otvory se mohou pohybovat v elektrickém poli a způsobit, že diamant bude elektricky vodivý (tj. Polovodič typu p ). K tomu je zapotřebí velmi málo atomů bóru - typický poměr je jeden atom boru na 1 000 000 atomů uhlíku.
Diamanty dopované bórem propouštějí světlo až do ~ 250 nm a absorbují určité červené a infračervené světlo (odtud modrá barva); po vystavení krátkovlnnému ultrafialovému světlu mohou fosforeskovat modře. Kromě optické absorpce byly akceptory boru detekovány elektronovou paramagnetickou rezonancí.
Fosfor
Fosfor by mohl být záměrně zaveden do diamantu pěstovaného chemickou depozicí z plynné fáze (CVD) v koncentracích až ~ 0,01%. Fosfor nahrazuje uhlík v diamantové mřížce. Podobně jako dusík má fosfor o jeden elektron více než uhlík, a proto působí jako dárce; ionizační energie fosforu (0,6 eV) je však mnohem menší než energie dusíku (1,7 eV) a je dostatečně malá pro tepelnou ionizaci při pokojové teplotě . Tato důležitá vlastnost fosforu v diamantu upřednostňuje elektronické aplikace, jako jsou diody emitující ultrafialové světlo ( LED , při 235 nm).
Vodík
Vodík je jednou z technologicky nejdůležitějších nečistot v polovodičích, včetně diamantů. Defekty související s vodíkem se velmi liší u přírodních diamantových a syntetických diamantových filmů. Tyto filmy se vyrábějí různými technikami chemické depozice par (CVD) v atmosféře bohaté na vodík (typický poměr vodík/uhlík> 100), za silného bombardování rostoucího diamantu plazmatickými ionty. Výsledkem je, že diamant CVD je vždy bohatý na volná místa vodíku a mřížky. V polykrystalických filmech může být velká část vodíku umístěna na hranicích mezi diamantovými „zrny“ nebo v ne diamantových uhlíkových inkluzích. V samotné diamantové mřížce byly komplexy prázdného vodíku a prázdného vodíku a dusíku identifikovány ve stavech záporného náboje elektronovou paramagnetickou rezonancí . Kromě toho jsou dokumentovány četné IR absorpční píky související s vodíkem.
Experimentálně bylo prokázáno, že vodík pasivuje elektricky aktivní nečistoty z boru a fosforu. V důsledku takové pasivace se pravděpodobně vytvářejí mělká dárcovská centra.
V přírodních diamantech je běžně pozorováno několik IR absorpčních píků souvisejících s vodíkem; nejsilnější se nacházejí na 1405, 3107 a 3237 cm −1 (viz obrázek IR absorpce výše). Mikroskopická struktura odpovídajících defektů je zatím neznámá a není ani jisté, zda tyto defekty pocházejí z diamantu nebo z cizích inkluzí. Šedá barva u některých diamantů z dolu Argyle v Austrálii je často spojena s těmito vodíkovými vadami, ale opět toto přiřazení není dosud prokázáno.
Nikl, kobalt a chrom
Když se diamanty pěstují vysokotlakou vysokoteplotní technikou, obvykle se do růstového média přidává nikl, kobalt, chrom nebo některé další kovy, aby se katalyticky usnadnila přeměna grafitu na diamant. V důsledku toho se tvoří kovové inkluze. Kromě toho se izolované atomy niklu a kobaltu začleňují do diamantové mřížky, jak ukazuje charakteristická hyperjemná struktura v elektronových paramagnetických rezonancích , optických absorpčních a fotoluminiscenčních spektrech a koncentrace izolovaného niklu může dosáhnout 0,01%. Tato skutečnost je zcela neobvyklá s ohledem na velký rozdíl ve velikosti mezi atomy uhlíku a přechodného kovu a vynikající tuhost diamantové mřížky.
Elektronická paramagnetická rezonance , optická absorpce a fotoluminiscence odhalily četné defekty související s Ni , a to jak v syntetických, tak v přírodních diamantech. Lze rozlišit tři hlavní struktury: substituční komplex Ni, prázdné místo niklu a nikl-volné místo zdobené jedním nebo více substitučními atomy dusíku. Struktura „prázdného niklu“, nazývaná také „semi-divacancy“, je specifická pro většinu velkých nečistot v diamantu a křemíku (např. Cín v křemíku). Jeho produkční mechanismus je obecně přijímán následovně: velký atom niklu se inkorporuje substitučně, poté vypuzuje blízký uhlík (vytváří sousední volné místo) a přesouvá se mezi oběma místy.
Ačkoli jsou fyzikální a chemické vlastnosti kobaltu a niklu dosti podobné, koncentrace izolovaného kobaltu v diamantu jsou mnohem menší než koncentrace niklu (rozmezí částic na miliardu). Elektronovou paramagnetickou rezonancí a fotoluminiscencí bylo detekováno několik defektů souvisejících s izolovaným kobaltem , ale jejich struktura není dosud známa.
Po implantaci iontů a následném žíhání bylo u diamantu detekováno optické centrum související s chromem.
Křemík, germanium, cín a olovo
Křemík je běžnou nečistotou v diamantových fóliích pěstovaných chemickým napařováním a pochází buď ze silikonového substrátu, nebo z křemičitých oken nebo stěn reaktoru CVD. Bylo to také pozorováno u přírodních diamantů v rozptýlené formě. Izolované defekty křemíku byly detekovány v diamantové mřížce prostřednictvím ostrého píku optické absorpce při 738 nm a elektronové paramagnetické rezonance . Podobně jako u jiných velkých nečistot byla hlavní forma křemíku v diamantu identifikována s komplexem prázdného Si (místo semi-divacancy). Toto centrum je hlubokým dárcem s ionizační energií 2 eV, a proto je opět nevhodné pro elektronické aplikace.
Volná místa na křemíku tvoří menší část celkového křemíku. Věří se (i když neexistuje žádný důkaz), že mnoho křemíku nahrazuje uhlík, čímž se stává neviditelným pro většinu spektroskopických technik, protože atomy křemíku a uhlíku mají stejnou konfiguraci vnějších elektronických obalů.
Germánium, cín a olovo v diamantu obvykle chybí, ale mohou být zavedeny během růstu nebo následnou implantací iontů. Tyto nečistoty lze opticky detekovat prostřednictvím center pro neobsazování germania , cínu a olova, která mají podobné vlastnosti jako centrum pro neobsazenost Si .
Podobně jako centra NV mají komplexy Si-V, Ge-V, Sn-V a Pb-V potenciální aplikace v kvantových počítačích.
Síra
Kolem roku 2000 došlo k vlně pokusů o dopování syntetických diamantových filmů CVD sírou zaměřenou na vodivost typu n s nízkou aktivační energií. Úspěšné zprávy byly publikovány, ale poté byly zamítnuty, protože vodivost byla vykreslena jako typ p místo typu n a spojena nikoli se sírou, ale se zbytkovým bórem, což je vysoce účinný dopant typu p v diamantu.
Zatím (2009) existuje pouze jeden spolehlivý důkaz (prostřednictvím struktury hyperjemné interakce v elektronové paramagnetické rezonanci ) pro izolované defekty síry v diamantu. Odpovídající centrum nazvané W31 bylo pozorováno u přírodních diamantů typu Ib v malých koncentracích (části na milion). Byl přidělen komplexu síry s prázdným místem-opět, jako v případě niklu a křemíku, semi-divacancy site.
Vnitřní vady
Nejjednodušší způsob, jak vytvořit vlastní defekty diamantu, je vytlačení atomů uhlíku ozařováním částicemi s vysokou energií, jako jsou alfa (helium), beta (elektrony) nebo gama částice, protony, neutrony, ionty atd. Ozařování může nastat v v laboratoři nebo v přírodě (viz Diamantové vylepšení - Ozařování ); produkuje primární defekty pojmenované Frenkelovy defekty (atomy uhlíku srazily svá normální mřížková místa na intersticiální místa) a zbývající volná mřížka. Důležitým rozdílem mezi volnými místy a intersticiálními materiály v diamantu je to, že zatímco intersticiální materiály jsou během ozařování mobilní, a to i při teplotách kapalného dusíku, prázdná místa však začínají migrovat pouze při teplotách ~ 700 ° C.
Prázdná místa a vsunuté reklamy lze také vyrobit v diamantu plastickou deformací, i když v mnohem menších koncentracích.
Izolovaná uhlíková vsunutá reklama
Izolované vsunuté objekty nebyly u diamantu nikdy pozorovány a jsou považovány za nestabilní. Jeho interakce s běžným atomem uhlíkové mřížky vytváří „rozdělený intersticiál“, defekt, kde dva atomy uhlíku sdílejí místo v mřížce a jsou kovalentně spojeny s uhlíkovými sousedy. Tato vada byla důkladně charakterizována elektronovou paramagnetickou rezonancí (střed R2) a optickou absorpcí a na rozdíl od většiny ostatních vad diamantu neprodukuje fotoluminiscenci .
Intersticiální komplexy
Izolovaný rozdělený intersticiál se během ozařování pohybuje diamantovým krystalem. Když se setká s dalšími intersticiály, agreguje se do větších komplexů dvou a tří rozdělených intersticiálů identifikovaných elektronovou paramagnetickou rezonancí (centra R1 a O3), optickou absorpcí a fotoluminiscencí.
Komplexy volných míst a intersticiálních sítí
Většina vysokoenergetických částic kromě vytlačování atomu uhlíku z místa mřížky také předává dostatek přebytečné energie pro rychlou migraci mřížkou. Když je však použito relativně jemné záření gama, je tato extra energie minimální. Intersticiály tedy zůstávají poblíž původních volných míst a tvoří páry vakcinace-intersticiály identifikované optickou absorpcí.
Byly také vytvořeny páry prázdných míst a intersticiálních, i když ozařováním elektrony a jiným mechanismem: Jednotlivé intersticiální látky během ozařování migrují a agregují za vzniku diintersticiálních; tento proces probíhá přednostně v blízkosti volných míst mříže.
Izolované volné místo
Izolované volné místo je nejvíce studovanou vadou diamantu, experimentálně i teoreticky. Jeho nejdůležitější praktickou vlastností je optická absorpce, jako v centrech barev , která dává diamantu zelenou nebo někdy dokonce zeleno -modrou barvu (v čistém diamantu). Charakteristickým rysem této absorpce je řada ostrých čar nazývaných GR1-8, kde je nejvýraznější a nejdůležitější linie GR1 při 741 nm.
Volné místo se chová jako hluboký donor/akceptor elektronů, jehož elektronické vlastnosti závisí na stavu nabití. Energetická hladina pro stavy +/0 je 0,6 eV a pro stavy 0/- je 2,5 eV nad valenčním pásmem .
Multivacancy komplexy
Po žíhání čistého diamantu při ~ 700 ° C se prázdná místa migrují a vytvářejí divakance, charakterizované optickou absorpcí a elektronovou paramagnetickou rezonancí . Podobně jako jednotlivé intersticiály, divakance nevytvářejí fotoluminiscenci. Divacancia zase žíhají při ~ 900 ° C a vytvářejí multivacancy řetězce detekované EPR a pravděpodobně hexavakantovými kruhy. Ty by měly být pro většinu spektroskopií neviditelné a ve skutečnosti nebyly dosud detekovány. Žíhání volných míst mění barvu diamantu ze zelené na žlutohnědou. Předpokládá se také, že podobný mechanismus (agregace neobsazených míst) způsobuje hnědou barvu plasticky deformovaných přírodních diamantů.
Dislokace
Dislokace jsou nejčastější strukturální vadou přírodního diamantu. Dva hlavní typy dislokací jsou sestava klouzání , ve které se vazby lámou mezi vrstvami atomů s různými indexy (těmi, které neleží přímo nad sebou) a shuffle set , ve kterém ke zlomům dochází mezi atomy stejného indexu. Dislokace vytvářejí visící vazby, které zavádějí energetické hladiny do mezery v pásmu, což umožňuje absorpci světla. Širokopásmová modrá fotoluminiscence byla spolehlivě identifikována s dislokacemi přímým pozorováním v elektronovém mikroskopu , nicméně bylo zjištěno, že ne všechny dislokace jsou luminiscenční a neexistuje žádná korelace mezi typem dislokace a parametry emise.
Krevní destičky
Většina přírodních diamantů obsahuje rozšířené rovinné defekty v <100> mřížkových rovinách, které se nazývají destičky. Jejich velikost se pohybuje od nanometrů po mnoho mikrometrů a velké jsou snadno pozorovatelné v optickém mikroskopu pomocí jejich luminiscence. Krevní destičky byly dlouhou dobu předběžně spojovány s velkými dusíkovými komplexy - dusičnaté jímky vznikající v důsledku agregace dusíku při vysokých teplotách diamantové syntézy. Přímé měření dusíku v destičkách pomocí EELS (analytická technika elektronové mikroskopie) však odhalilo velmi málo dusíku. V současnosti přijímaný model krevních destiček je velká pravidelná řada uhlíkových intersticiálů.
Krevní destičky produkují ostré absorpční vrcholy při 1359–1375 a 330 cm -1 v IR absorpčních spektrech; pozoruhodně poloha prvního píku závisí na velikosti krevních destiček. Stejně jako u dislokací byla široká fotoluminiscence soustředěná na ~ 1000 nm spojena s destičkami přímým pozorováním v elektronovém mikroskopu. Studiem této luminiscence bylo vyvozeno, že krevní destičky mají „bandgap“ ~ 1,7 eV.
Prázdnoty
Jak odhalila elektronová mikroskopie, voidity jsou shluky oktaedrálních nanometrů přítomné v mnoha přírodních diamantech . Laboratorní experimenty prokázaly, že žíhání diamantu typu IaB za vysokých teplot a tlaků (> 2600 ° C) vede k rozpadu krevních destiček a tvorbě dislokačních smyček a voiditů, tj. Že dutinky jsou výsledkem tepelné degradace destiček. Na rozdíl od krevních destiček obsahují voidity v molekulární formě mnoho dusíku.
Interakce mezi vnitřními a vnějšími defekty
Vnější a vnitřní defekty mohou interagovat za vzniku nových defektních komplexů. K takové interakci obvykle dochází, pokud je diamant obsahující vnější vady (nečistoty) buď plasticky deformován nebo je ozařován a žíhán.
Nejdůležitější je interakce volných míst a intersticiálů s dusíkem. Uhlíkové intersticiály reagují se substitučním dusíkem a vytvářejí intersticiální dusík se středem vazby, který vykazuje silnou IR absorpci při 1450 cm -1 . Volná místa jsou efektivně zachycena dusíkovými centry A, B a C. Rychlost odchytů je nejvyšší u středů C, 8krát nižší u středů A a 30krát nižší u středů B. Střed C (jediný dusík) zachycením prázdného místa tvoří slavné centrum prázdného dusíku , které může být neutrální nebo záporně nabité; záporně nabitý stav má potenciální aplikace v kvantových počítačích . Centra A a B po zachycení volného místa vytvoří odpovídající 2N-V (centra H3 a H2, kde H2 je jednoduše záporně nabité centrum H3) a neutrální 4N-2V (centrum H4). Střediska H2, H3 a H4 jsou důležitá, protože jsou přítomna v mnoha přírodních diamantech a jejich optická absorpce může být dostatečně silná, aby změnila barvu diamantu (H3 nebo H4 - žlutá, H2 - zelená).
Bór interaguje s uhlíkovými intersticiály za vzniku neutrálního komplexu bor -intersticiální s ostrou optickou absorpcí při 0,552 eV (2250 nm). Doposud nejsou známy žádné důkazy (2009) o komplexech boru a prázdných míst.
Naproti tomu křemík reaguje s prázdnými místy a vytváří výše popsanou optickou absorpci při 738 nm. Předpokládaným mechanismem je odchyt migrujícího volného místa substitučním křemíkem, což má za následek konfiguraci Si-V (semi-divacancy).
Podobný mechanismus se očekává u niklu, u kterého jsou spolehlivě identifikovány jak substituční, tak semi-divakanční konfigurace (viz výše podsekce „nikl a kobalt“). V nepublikované studii byly diamanty bohaté na substituční nikl ozařovány elektrony a žíhány, přičemž po každém kroku žíhání byla provedena pečlivá optická měření, ale nebyl získán žádný důkaz pro vytvoření nebo vylepšení center prázdných míst Ni.
Viz také
Reference