«Крохотный алмаз — океан информации»: магистрант 188bet体育_188bet亚洲体育_点此进入 Александра Лебеденко — об исследовании дефектов в кристаллах алмазов

Откуда у?вас появился интерес к?изучению минералов?

Когда на?первом курсе на?предмете ?Общая геология? мой детский ум?начали наполнять теорией, я?была в?восторге и?не?могла осознать, как?в?привычном мире вокруг может быть так много всего интересного. Я?училась у?потрясающих профессоров Владимира?Герасимовича?Кривовичева, Алексея?Ильича?Брусницына, а?теперь планирую поступать в?аспирантуру, стать преподавателем и?также как?они?достичь высот в?науке.

Как?вы?поняли, что?хотите исследовать именно алмазы?

Знакомство с?алмазами началось с?предмета ?Геммология? (учение о?драгоценных камнях), который вел преподаватель Игорь?Вячеславович?Клепиков. После одной из?пар я?подошла к?нему и?попросила его?руководить моей выпускной квалификационной работой. Он?предложил три варианта исследования: изучать только природные алмазы, только синтетические или все сразу. Я?долго думала и?выбрала третий вариант. Так появилась тема ?Закономерности распределения дефектов и?примесей в?кристаллах природных и?синтетических алмазов?.

Где?вы?берете образцы для?исследования?

Натуральные алмазы я?беру в?учебной коллекции кафедры минералогии 188bet体育_188bet亚洲体育_点此进入. Синтетические алмазы мне предоставляет Игорь?Вячеславович, он?работает в?ООО ?НПК "Алмаз"? в?Сестрорецке.

Размер алмазов измеряется в?каратах, это?примерно 0,2?грамма. Кстати, слово ?карат? происходит от?названия семян караибского дерева, которые служили в?древности природной мерой веса алмазов. Я?работаю с?мелкими и?средними образцами (до?одного карата), но?даже крохотный алмаз?— океан информации.

В?чем разница между природными и?синтетическими алмазами?

Природные создавались в?природе на?протяжении многих лет, а?искусственные сделаны человеком в?лабораторных условиях в?кратчайшие сроки. У?синтетических (или искусственных) алмазов несколько методов производства, основные из?них?— CVD (химическое осаждение из?газовой фазы) и?HPHT (технология выращивания при?высоком давлении и?высокой температуре). Для?HPHT используют многотонные прессы. Процесс синтеза алмаза происходит при?температуре около 15000?C и?давлении порядка 50?000?атм.

Как?получаются дефектные алмазы?

Природные алмазы образуются глубоко в?земле (от?100 до?200?км) под?воздействием высокой температуры и?давления. Процесс формирования долог, и?во?время роста у?большинства алмазов появляются дефекты?— различные по?размеру, форме и?расположению. Внутри алмаза могут быть минералы, трещины, включения. Бывают довольно крупные газовые пузырьки или такие мелкие, что?рассмотреть их?можно только при?увеличении.

В?редких случаях природный алмаз не?имеет дефектов, его?называют безупречным.

То?есть искусственно созданные алмазы не?имеют дефектов?

Обычный дефект?— металлические включения. Они?возникают в?процессе роста, когда для?ускорения добавляют катализатор, и?алмаз захватывает его?в?себя. Искусственные алмазы также несовершенны, но?их?качество намного выше, чем у?природных. В?своей дипломной работе я?сравниваю оба?вида алмазов и?выясняю, каким?дефектам чаще подвержены те?и?другие.

Если синтетические алмазы лучше по?качеству, почему в?ювелирных украшениях чаще используют природные алмазы?

Дефекты неизбежны, но?и?необходимы. Алмазы бывают разных цветов: желтого, коричневого, оранжевого. Это?происходит из?за азота: например, один?два атома в?структуре меняют цвет на?желтый. Такие камни стоят дешевле и?намного больше распространены. А?вот голубые алмазы получаются из?за атома бора, они?редки и?очень красивы. В?ювелирном деле используются преимущественно природные алмазы как?раз из?за своих прекрасных недостатков. Хотя некоторые крупные ювелирные компании полностью перешли на?синтетические бриллианты.

То?есть один атом в?структуре может полностью изменить алмаз?

Конечно. В?минералогии все зависит от?структуры. Ею, кстати, занимаются кристаллографы. Изначально алмаз?— это?графит, измененный под?воздействием высокой температуры и?давления. Кристаллическая решетка графита, из?которого выращивают алмазы, вытянута, имеет слои. А?у?алмаза кристаллическая решетка сплющена, за?счет этого?он?и?имеет непревзойденную твердость.

Говоря о?значимости структуры, можно привести пример обычной соли (галита): натрий, хлор, натрий, хлор. Когда в?структуре появляется дефект, вместо нужного элемента на?его?место встает другой или остается вакансия. Если в?цепочке ?натрий, хлор? вместо первого атома встанет калий, будет уже?не?галит, а?сильвин. Галит можно употреблять в?пищу, он?обеззараживает, а?сильвин смертельно опасен.

В?каких?еще сферах нужны дефектные алмазы?

Алмазы с?дефектно?примесными так называемыми ?NV?центрами? отвечают за?люминесценцию (это?способность материалов излучать свет). С?их?помощью делают лазеры с?определенной длиной волны, катодные, рентгеновские лучи, гироскопы, квантовые компьютеры.

А?где?применяются чистые алмазы?

Они?используются в?производстве технических, космических, ракетостроительных сферах. Для?лазерной установки, например, нужны идеально чистые алмазы, чтобы?лазер проходил ровно и?не?преломлялся.

Как?проходит исследование образцов в?ходе дипломной работы?

Я?работаю инженером в?ресурсном центре микроскопии и?микроанализа 188bet体育_188bet亚洲体育_点此进入?— это?лаборатория, оснащенная современным оборудованием. В?атомно?силовом микроскопе я?узнаю рельеф (морфологию) образца, уточняю неровности и?шероховатости. Специальная иголочка (кантиливер) стучит по?поверхности образца и?печатает графики фиксации подъема и?спуска.

Когда я?помещаю образец в?электронный микроскоп, он?облучается электронами. Изображение, рассеянное обратно от?этих?электронов, выводится на?экран, также выводится энергодисперсионный спектр, и?я?узнаю состав включений в?алмазе: 10?% того, 56?% того и?так далее.

При?работе за?поляризационным микроскопом в?скрещенных николях алмазы не?должны светиться, они?должны быть абсолютно черными, но?таких практически не?существует, поэтому я?вижу аномальное двупреломление (белое, серое, желтое, синее сияние).

Однажды мне пришлось стереть образец до?определенной дисперсии, облучить полученный порошок рентгеновскими лучами, чтобы?получить информацию о?расстоянии между атомами и?углами между ними. Это?рентгенофазовый анализ, он?помогает открывать новые структуры минералов.

Еще я?пользуюсь конфокальной микроскопией. Но, конечно, помимо практики изучаю еще и?теорию происхождения.

Какова?практическая значимость вашего?исследования?

Моя работа имеет теоретическое и?практическое значение. Во?первых, будет проще отличать природные алмазы от?синтетических, что?важно в?ювелирном деле. Отличить природный и?лабораторный алмаз на?глаз не?получится, на?это?способно высокотехнологичное оборудование. В?будущем обещают наносить внутрь драгоценного камня информацию, которую можно увидеть под?микроскопом: когда добыт, кем, сколько весит, какого?цвета и?т.?д. А?пока?эта?технология недоступна, нужно узнавать самостоятельно, настоящий камень у?вас в?украшении или нет.

Сотрудники ООО ?НПК "Алмаз"? активно поддерживают научную сферу и?неспроста заинтересованы в?моей работе. Знание закономерностей распределения дефектов позволит улучшить методы выращивания синтетических алмазов.

Есть совет для?тех, кто?вдохновится твоей историей?

Если вас тянет к?какой?либо?деятельности, не?бойтесь, слушайте сердце. Однажды я?прислушалась и?нашла призвание жизни.