Hiện Tượng Quang Học Hiếm Thấy Trên Viên Opal Có Đốm Màu Nhấp Nháy Tán Sắc (Bản tin tháng 02/2010)

Gần đây chúng tôi có nghiên cứu viên opal màu trắng trong suốt dạng oval cabochon nặng 4,43 ct có nhiều đốm màu nhấp nháy tán sắc (play-of-color opal) được cung cấp bởi Francesco Mazzero (Opalinda, Paris, Pháp). Viên đá này có nguồn gốc từ quặng Wegel Tena ở bang Welo, Ethiopia (xem quyển Spring 2009, phần GNI-Gem News International, trang 59-60). “Play-of-color opal” có đặc trưng là những đốm màu tán sắc nhiều màu rất sắc nét là kết quả từ quá trình nhiễu xạ ánh sáng trong vùng nhìn thấy được của mạng lưới các hạt cầu điôxyt silic (E. Fritsch và G. R. Rossman, “Những thông tin về màu sắc của đá quý mới được cập nhật, phần 3: Màu được tạo ra bởi các dải lỗ rỗng và các hiện tượng vật lý”, Summer 1988 G&G, trang 81–102). Tuy nhiên viên opal cabochon này rất đặc biệt vì có nhiều đốm màu tán sắc riêng biệt phân bổ trên toàn bộ viên đá (hình 6). Hiệu ứng này được nhìn thấy rõ nhất khi sử dụng nguồn ánh sáng điểm (các sợi quang học); những đốm màu này cùng nhau dịch chuyển quanh viên đá khi nguồn ánh sáng điểm thay đổi vị trí. Hiện tượng này được nhìn thấy rõ nhất trong đoạn video, trên trang web http://gemnantes.fr/recherche/opale/index.php#reciproque. Thú vị hơn nữa, màu của mỗi đốm thay đổi tăng dần (vd: từ màu vàng sang màu đỏ) theo vị trí chiếu sáng – đôi lúc rất ít, đôi lúc đáng kể. Do viên cabochon này được cắt mài khá xấu, nên các đốm này thỉnh thoảng bị kéo dài thành các vệt nhỏ qua những vùng phẳng hơn thì chúng trở lại bình thường.

Theo nguyên lý nhiễu xạ, sự phóng xạ nhiễu xạ trên 1 mạng lưới kết cấu hoàn hảo sẽ tạo ra các đốm. Vì thế đối với 1 viên opal có mạng lưới các hạt cầu điôxyt silic hoàn hảo, người ta cho rằng sự nhiễu xạ trong vùng ánh sáng nhìn thấy sẽ tạo ra những đốm màu riêng biệt – mà chúng ta quan sát được trong mẫu này. Về mặt vật lý học thì hiện tượng này là biểu hiện vật lý của mạng tinh thể tương tác (xem http://en.wikipedia.org/wiki/reciprocal_lattice). Tuy nhiên mạng lưới cấu trúc của opal không đủ cân đối để tạo ra hiệu ứng này; vì điều này ta mới thấy các đốm bị kéo dài ra để tạo thành các vệt màu. Mỗi vệt tương ứng với 1 vùng nhỏ ở đó từng đốm một kéo dài đến những chỗ méo mó hoặc không cân đối trong mạng lưới cấu trúc, vì thế tạo ra một phương nhiễu xạ “tương đối”. Theo sự định hướng của mạng lưới cấu trúc mà các vệt sẽ biến đổi từ vệt này sang vệt kế tiếp. Bất cứ thứ gì tương tự thấy trên opal, thì đều tuân thủ theo các quy luật nhiễu xạ như trên.

Hiện tượng quang học đặc biệt mà chúng tôi giới thiệu ở đây rất hiếm được nhìn thấy. Do có một mạng lưới cấu trúc hoàn hảo trải dài khắp viên đá (hơn 1 cm), vì thế ta có được một tập hợp các khối cầu rất cân đối phân bố trên một khoảng tương đối rộng. Điều này chỉ có thể hình thành trong điều kiện môi trường địa chất ổn định. (Theo Emmanuel Fritsch và Benjamin Rondeau, trong Gem News International, G&G Summer 2009)