Изменение цвета бриллианта - как бриллианты-Хамелеоны меняют цвет

Хамелеоны-одни из самых замечательных животных, известных человеку, обладающие способностью эффектно менять цвет своей кожи, а затем возвращаться к своему первоначальному цвету. В минеральном царстве также встречаются изменяющие цвет камни. Бриллианты типа хамелеона хорошо известны, но крайне редки на рынке драгоценных камней. Очевидно, своим названием они обязаны тому, что тоже могут менять цвет.

Однако, в то время как изменение цвета животного ограничивается его кожей, бриллиант- хамелеон показывает изменение его внутреннего цвета.

Большинство бриллиантов- хамелеонов относительно невелики. Однако недавно в ходе исследований HRD была получена возможность изучить необычайно крупный (4,89 карата) бриллиант овальной формы. Сообщается, что камень был найден в городе Мбужи-Майи в Демократической Республике Конго.

В своем "нормальном" состоянии этот бриллиант имеет серовато-зеленый или серовато-оливковый вид. Но при длительном хранении камня в темноте или при нагревании его до умеренных температур, например до 300°с, его цвет меняется на интенсивно-желтый. Это проиллюстрировано на изображениях на Рис. 1.

Помимо простого восхищения этим замечательным изменением цвета, цель ученых состоит в том, чтобы понять механизмы, которые его делают таким. Цвет в алмазах обусловлен дефектами кристаллической решетки. Наиболее распространенным способом изучения этих дефектов является спектроскопия: анализ взаимодействия света (электромагнитного излучения) на бриллиант. Этот свет может быть видимым, или инфракрасным (ИК, с более длинными длинами волн), или ультрафиолетовым (УФ, с более короткими длинами волн).

ИК-спектроскопия поглощения является основным cпособом изучения содержания дефектов в алмазе. Из структуры инфракрасного поглощения 400-1500 см-1, показанной на Рис. 2, можно сделать вывод, что данный камень-хамелеон относится к типу IaA. Это означает, что он содержит агрегированные замещаемые примеси азота, главным образом в форме А, то есть группы из двух атомов. Кроме того, можно видеть некоторые резкие линии поглощения на 4496, 3107, 2786 и 1405 см-1, что указывает на наличие водородных комплексов в камне. Эти типы дефектов упоминались ранее для бриллиантов- хамелеонов, но они также встречаются и в “нормальных” камнях.

Еще одним стандартным измерением является УФ-видимый спектр излучения при комнатной температуре. Это показано для настоящего камня на рисунке 3. Минимумы наблюдаются на 415 и 426 Нм, у  широких полос около 480 и 700 Нм.

Этот спектр наблюдался ранее у бриллиантов-хамелеонов, но он также встречался и для так называемых канареечных бриллиантов без эффекта хамелеона. Эти камни можно легко идентифицировать: они показывают желтую флюоресценцию при длинноволновом ультрафиолетовом освещении, приблизительно 365 Нм, и красную флюоресценцию при синем освещении, длина волны приблизительно 450 Нм. Это показано на рисунке 4 ниже. Это свойство характерно для данного типа бриллиантов-хамелеонов и может быть использовано в качестве первого теста для их отбора.

Из изображений на рисунке 1 следует, что распределение цвета в камне очень неравномерное. Действительно, кроме зон с сероватым цветом (переходящим в желтый), можно наблюдать и более бесцветные зоны. Это подтверждается изображением камня DiamondViewTM на рисунке 5 ниже.

Из рисунка 5 видно, что при этом типе освещения можно выделить по существу два различных типа флюоресцентных зон: те, которые имеют преимущественно желто-зеленую флюоресценцию, и те, которые имеют преимущественно синюю флюоресценцию. Из микроскопического исследования камня следует, что желто-зеленая флюоресценция соответствует зонам “хамелеона”, тогда как синяя флюоресценция соответствует более бесцветным частям камня.

Для более детального изучения этих различных зон бриллиант-хамелеон был исследован с помощью УФ-лазерной индуцированной фотолюминесцентной спектроскопии. Видно, что зеленые флюоресцентные области характеризуются широкой полосой излучения около 550 Нм. Это связано с примесями никеля в камне: можно наблюдать типичные полосы, например, при 489, 496,6 и 523,1 Нм. Синие флюоресцентные области характеризуются дополнительным, сильным излучением N3 (агрегированные примеси азота, линия 415 Нм плюс боковая полоса).

Можно сделать вывод, что данный камень представляет собой интересный и очень крупный образец бриллианта-хамелеона. Изменение цвета от серовато-зеленого или серовато-оливкового до интенсивно-желтого связано с наличием примесей водорода и никеля в кристаллической решетке, но физический механизм этого эффекта еще не изучен.

Первый поиск для выбора бриллиантов этого типа может быть сделан с помощью флюоресценции под действием длинноволнового УФ-и синего света. Отсутствие однородности бриллианта наиболее примечательно, и интересно наблюдать, как поведение хамелеона сильно локализуется в камне.