Kim Cương Tổng Hợp HPHT, Sapphire Tổng Hợp (Bản tin tháng 04/2020)

Kim Cương Tổng Hợp HPHT Màu Phớt Lục

Hình 1: Viên kim cương tổng hợp HPHT 0,5 ct này, màu tương đương với màu phớt lục, màu của nó là do tạp chất niken. Ảnh của Robison McMurtry.

Phòng giám định GIA ở Carlsbad gần đây đã nhận được 25 viên kim cương để phân cấp chất lượng nhưng nguồn gốc tổng hợp HPHT không được tiết lộ, chúng có trọng lượng từ 0,46 đến 0,52 ct. Trong số này, chín viên tương đương trong dãy màu từ không màu đến gần không màu, tám viên tương đương với màu phớt lục vàng, bảy viên tương đương với màu phớt lục (ví dụ, hình 1) và một viên tương đương màu lục rất nhạt. Nhóm tác giả thấy rằng màu lục là do nồng độ niken cao. Niken là tạp chất phổ biến trong kim cương tổng hợp HPHT, nhưng hiếm khi tập trung số lượng đáng kể đủ để ảnh hưởng đến màu sắc viên đá.

Trước đây, các chuyên viên ngọc học GIA đã mô tả một viên kim cương tổng hợp HPHT có màu tương đương với màu lục đậm phớt vàng do chứa một lượng lớn niken tạo ra dãy hấp thu ở ~ 685 nm (Lab Notes, Spring 2017, trang 96 – 98). Họ đã chỉ ra rằng các tạp chất niken linh động về mặt quang học được ưu tiên kết hợp vào các mặt tăng trưởng {111}, được thể hiện qua các sơ đồ vạch hấp thu của phổ phát quang bức xạ điện từ (PL) và đới màu có thể quan sát được.

Trong số 25 viên kim cương tổng hợp HPHT này, không có viên kim cương nào cho thấy tâm khuyết mạng tinh thể SiV ở 737 nm (với quang phổ PL là tại 633 nm), bên cạnh đó thì 16 viên cho thấy lượng boron không thay thế có thể phát hiện được ở 2800 cm^-1 khi kiểm tra qua phổ hấp thụ hồng ngoại. Trong lô này, năm viên cho thấy dãy hấp thu 685 nm thường liên quan đến tạp chất niken tập trung nhiều trong khi các viên khác thì cho thấy dãy hấp thu rộng hơn, ít rõ rệt hơn, trong khoảng từ 650 đến 800 nm. Số lượng boron không thay thế tương đối thấp, hầu hết chứa từ 0,2 – 5,6 ppb (1 phần tỉ) và một mẫu gần không màu thì chứa 18 ppb. Boron không thay thế cũng là một tạp chất phổ biến trong kim cương tổng hợp HPHT, vì nó được đưa vào trong suốt quá trình tăng trưởng; các hàm lượng thấp này không góp phần tạo màu. Ngoài ra, một số cho bao thể tàn dư kim loại đặc biệt, cũng góp phần xác định chúng là kim cương tăng trưởng HPHT (ví dụ, hình 2).

Hình 2: Viên kim cương tổng hợp HPHT màu lục vàng rất nhạt, nặng 0,52 ct này cũng cho thấy các bao thể tàn dư kim loại rõ rệt, bằng chứng rõ hơn về nguồn gốc tăng trưởng trong phòng thí nghiệm của nó. Góc nhìn này từ các giác phần đáy, với gờ ở phía trên của tấm ảnh. Ảnh chụp hiển vi của Jonathan Muyal; trường quan sát 1,76 mm.

Một kho dữ liệu khổng lồ về kim cương tổng hợp HPHT tương tự những viên này nhưng có màu khác thường cũng tăng thêm tính hữu dụng cho phép tác giả thực hiện các phân tích bổ sung để so sánh chúng. Các sơ đồ hình ảnh phổ phát quang bức xạ điện từ sử dụng tia kích hoạt 785 nm được thu thập trên phần mặt bàn của tám mẫu, trải dài trên các màu được phân loại khác nhau (hình 3). Đúng như dự đoán, các đỉnh nicken cho thấy nồng độ cao nhất trong các mặt tinh thể {111}. Từ mỗi sơ đồ hình ảnh được thu thập, nhóm tác giả có thể xác định các mặt tinh thể {111} và xác định cường độ phát quang bức xạ (PL) trung bình của các đỉnh 883/884 nm liên quan đến nicken. Khi chúng được vẽ theo màu tương đương của chúng, cường độ các đỉnh nhìn chung sẽ tăng lên khi cấp màu chuyển từ dãy không màu sang gần không màu sang màu lục rất nhạt.

Tuy nhiên, khuyết mạng tinh thể liên quan đến nicken ở 883/884 nm không được cho là do nicken tạo ra như những gì được nhìn thấy trong phổ hấp thu. Một sơ đồ hình ảnh phổ phát quang bực xạ điện từ PL tương tự, cũng không hiển nhìn thấy đặc điểm liên quan đến Ni, đã được thu thập từ viên kim cương tổng hợp HPHT có màu đủ đậm để gọi là kim cương màu – màu lục vàng (một lần nữa, xem phần Lab Notes Spring 2017, trang 96 – 98); nồng độ nicken trong trường hợp đó lớn hơn khoảng 10 lần so với các mẫu phớt lục được nghiên cứu ở đây.

Khi các nhà máy sản xuất kim cương tổng hợp tiếp tục thử nghiệm các công thức và qui trình tăng trưởng mới hơn, chúng ta có thể sẽ thấy số lượng lớn và nhiều dãy màu khác nhau từ loại kim cương tổng hợp này.

(Lược dịch theo Sally Eaton-Magaña, phần Lab Notes, quyển G&G Spring 2019)

Sapphire Tổng Hợp Có Màu Giống Paraíba Tourmaline

Gần đây, phòng giám định GIA ở Carlsbad đã nhận được hai viên đá quý nặng 7,78 và 4,90 ct (hình 4) có màu xanh-lục neon đến lục-xanh tương tự như màu của Paraíba tourmaline. Kiểm tra ngọc học cơ bản ghi nhận chỉ số chiết suất 1,76 – 1,77 và tỉ trọng thủy tĩnh 4,00, phù hợp với corundum.

Hình 4: Dạng tròn rực rỡ 7,78 ct và hình nệm rực rỡ 4,90 ct có màu lục-xanh và xanh-lục tương ứng, gợi nhớ đến màu của đá Paraíba tourmaline. Ảnh của Nathan Renfro.

Quan sát bằng kính hiển vi cho thấy dãy màu cong (hình 5) khi nhìn với ánh sáng khuếch tán và được ngâm trong dung dịch methylene iodide. Các đường song tinh Plato đã được nhìn thấy khi kiểm tra các viên đá đặt song song với trục quang dưới ánh sáng phân cực vuông góc. Dãy màu cong và đường song tinh Plato là hai bằng chứng quan trọng nhất để phân biết đá tự nhiên và sapphire tổng hợp nhiệt nóng chảy trong ngọn lửa khi chỉ sử dụng các cách kiểm tra ngọc học cơ bản. Bên cạnh đó còn quan sát thấy các đám mây dạng lượn sóng, có kết cấu mịn đi kèm với các đới màu xanh (hình 6). Bức xạ màu hồng gây ra bởi sự hiện diện của nguyên tố vi lượng magnesium chỉ được nhìn thấy với ánh sáng sợi quang. Đá này không phản ứng với ánh sáng huỳnh quang.

Hình 5: Đới màu cong mờ nhạt đã được nhìn thấy trong viên sapphire tổng hợp màu lục-xanh rực rỡ này, xác nhận nguồn gốc nhiệt nóng chảy trong ngọn lửa của nó. Ảnh chụp hiển vi của Forozan Zandi; trường quan sát 5,33 mm.

Thành phần hóa học nguyên tố vi lượng được đo bằng phổ khối – plasma cảm ứng kép – bắn laser (LA-ICP-MS) cho thấy sự hiện diện của cobalt (105 – 158 ppmw, với giới hạn phát hiện là 0,652 ppmw), có lẽ là nguyên tố chịu trách nhiệm cho màu sắc rực rỡ của viên đá, và magnesium (0,52 – 1,05 ppmw, với giới hạn phát hiện là 0,044 ppmw). Các nguyên tố vi lượng khác như Ni, Fe, Cr và Ti nằm dưới giới hạn phát hiện.

Hình 6: Các đới màu xanh trong các viên sapphire tổng hợp giống Paraíba cho thấy những đám mây mỏng khi được quan sát bằng đèn sợi quang. Ảnh chụp dưới kính hiển vi của Forozan Zandi; trường quan sát 4,95 mm.

Đây là lần đầu tiên phòng giám định GIA ở Carlsbad kiểm tra loại sapphire tổng hợp bằng phương pháp nhiệt nóng chảy dưới ngọn lửa có màu tương tự như màu của tourmaline Paraíba. (Theo Forozan Zandi, phần Lab Notes, quyển G&G Spring 2019)