Nguyên nhân tạo màu

Các nhà đá quý thường mô tả những viên kim cương trắng là “mập mờ”, “trắng sữa” hay “mây” khi quan sát chúng qua kính hiển vi.

Có hai nguyên nhân chính tạo ra màu của kim cương trắng là các bao thể nano chứa nitơ và khuyết tật vòng lặp trong cấu trúc mạng tinh thể của kim cương.

Bằng kính hiển vi điện tử truyền qua, các nhà khoa học đã quan sát được các bao thể nano dạng bát diện hoặc dạng hình thang kéo dài, có chứa nitơ. Bằng một vài phương pháp khác, các nhà khoa học cũng xác nhận sự có mặt của nitơ.

Một số hình ảnh bao thể trong kim cương trắng Fancy.

Những viên kim cương “mập mờ” sẽ không quan sát được các điểm khác biệt dưới kính hiển vi ngọc học, dù phóng đại ở mức lớn nhất. Nhưng những viên kim cương “mây” sẽ quan sát được các điểm khách biệt ở dưới kính hiển vi ngọc học.

Nguyên nhân gây ra sự “mập mờ” trong kim cương trắng là do vòng lặp khuyết điểm tinh thể. Các vòng lặp trật tự được tạo ra từ sự xáo trộn của các nguyên tử bị phá vỡ trong mạng tinh thể. Những khuyết điểm mạng tinh thể này tạo thành một vòng lặp trật tự của các nguyên tử bị biến dạng do vòng lặp tồn tại ở trạng thái năng lượng thấp thuận lợi hơn so với các khuyết điểm mạng tinh thể bị cô lập. Đặc điểm hình bánh rán này của các nguyên tử rối loạn tồn tại trong cấu trúc tinh thể bình thường. Trong những viên kim cương này, các vòng lặp khuyết điểm mang tinh thể không thể phân biệt trực tiếp bằng kính hiển vi quang học, không giống như bao thể với các ranh giới riêng biệt; tuy nhiên, ảnh hưởng của các vòng lặp trật tự này xuất hiện để tán xạ ánh sáng.

Trái lại, những viên kim cương với nền tảng đám mây đã phát hiện các bao thể nano (được mô tả là tinh thể âm) có chứa nito rắn.

Nguồn gốc của kim cương trắng

Kim cương trắng lạ mắt chủ yếu là loại IaB. Tập hợp B đã được xác định là bốn nguyên tử nitơ xung quanh chỗ trống, và nó thường được coi là sản phẩm cuối cùng của quá trình tổng hợp nitơ; kim cương trẻ về mặt địa chất cho thấy nitơ là các nguyên tử đơn lẻ bị cô lập theo thời gian địa chất thành các cặp (tập hợp). Sự kết hợp các nguyên tử nitơ này (và các bước tổng hợp tiếp theo) liên quan đến sự khuếch tán bên trong ở nhiệt độ tương đối cao và / hoặc thời gian cư trú địa chất dài trong đó các nguyên tử nitơ có thể di chuyển qua mạng. Trong giai đoạn tổng hợp tiếp theo, các trung tâm A tạo thành tập hợp B và có một phản ứng phụ nhỏ tạo ra các trung tâm N3 (ba nguyên tử nitơ có chỗ trống). Nói chung, nếu tất cả các tập hợp A đã chuyển đổi thành tập hợp B trong một viên kim cương để tạo thành một viên kim cương IaB loại, chúng ta có thể kết luận rằng nó khá cũ về mặt địa chất hoặc chịu nhiệt độ cao hơn nhiệt độ bình thường khuyến khích sự kết hợp của cả hai thời gian và nhiệt độ Vì phần lớn kim cương trắng Fancy là loại IaB, đánh giá tổng hợp nitơ này là điểm khởi đầu tốt để kể lại những gì đã biết về nguyên nhân khó nắm bắt của màu sắc trong những viên kim cương này.

Một số nhà nghiên cứu đã nghiên cứu kim cương màu trắng sữa và kết luận, dựa trên các bao thể khoáng vật, rằng những viên kim cương loại IaB này có nguồn gốc từ vùng chuyển tiếp hoặc lớp phủ dưới (độ sâu 400 km - 670 km). Hầu hết các viên kim cương được hiển thị có nguồn gốc “superdeep” là kim cương loại II. Trong khi đó, phần lớn kim cương chứa nitơ (loại màu D-to-Z loại Ia và màu vàng Ib) hình thành trong thạch quyển lục địa (độ sâu ~ 140 km - 200 km). Những viên kim cương được nghiên cứu (loại sữa trắng, loại IaB) đã phải chịu các điều kiện bất thường đối với kim cương chứa nitơ, chẳng hạn như áp suất và nhiệt độ cao hơn tương ứng với nguồn gốc sâu hơn của chúng. Những điều kiện này có thể đã kích thích sự kết hợp hoàn chỉnh của các trung tâm B và nhiệt độ cao có thể thúc đẩy một số đặc điểm độc đáo khác được quan sát thấy, chẳng hạn như phá hủy tiểu cầu và hình thành các vòng lặp khuyết điểm mạng tinh thể.