СТРУКТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ HPHT МОНОКРИСТАЛЛА АЛМАЗА С ПРЕДЕЛЬНЫМ УРОВНЕМ ЛЕГИРОВАНИЯ АЗОТОМ
Аннотация
Монокристалл алмаза типа 1b с предельной концентрацией азота выращен при высоком статическом давлении и высокой температуре (НРНТ). Из монокристалла алмаза при помощи лазера были вырезаны три пластины, параллельные кристаллографическим плоскостям (100): вблизи основания пирамиды, из ее середины и вблизи вершины. Данные пластины исследовались методами оптической спектроскопии и рентгеновской высокоразрешающей дифрактометрии. На пластинах отчетливо выделяются бесцветные и желтые сектора роста. По спектрам инфракрасного поглощения установлено, что эти области содержат А- и С- азотные центры, соответственно. Максимальные концентрации азота [NA] @510 ppm и [NC] @320 ppm были определены по пиковым интенсивностям полос А (1282 см-1)- и С (1130 см-1)- азотных центров в спектрах ИК поглощения пластины, вырезанной из кристалла алмаза вблизи основания пирамиды. В спектрах фотолюминесценции бесцветных областей наблюдались интенсивные дублетные полосы комплекса Co-N-V, а в желтых областях обнаружена дублетная полоса комплекса Co-N, с меньшей на два порядка интенсивностью. Параметры кристаллической решетки исследуемых алмазных пластин в областях с А- и С- центрами были определены с помощью метода высокоразрешающей дифрактометрии. Значение параметров составило для области с С-центрами a0 = 3,56760±0,00001 Å, а для области с А-центрами: a0 = 3,56750±0,00002 Å. Обнаружена обратная зависимость параметра решетки от содержания азота в соответствующих областях. За исключением вышеперечисленных структурных особенностей, образование А- и С- азотных центров, комплексов Co-N-V, образования других C-N центров, в том числе нитрида углерода C3N4 не наблюдалось.
Для цитирования:
Денисов В.Н., Жолудев С.И., Галкин А.С., Дроздова Т.Е., Носухин С.А., Кузнецов М.С., Терентьев С.А., Бланк В.Д. Структурные особенности HPHT монокристалла алмаза с предельным уровнем легирования азотом. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2025. Т. 68. Вып. 11. С. 80-86. DOI: 10.6060/ivkkt.20256811.14y.
Литература
Liu A.Y, Cohen M.L. Prediction of new low compressibility solids. Science. 1989. V. 245. N 4920. P. 841–842. DOI: 10.1126/science.245.4920.841.
Cohen M.L. Novel materials from theory. Nature. 1989. V. 338. P. 291–292. DOI: 10.1038/338291a0.
Komatsu T. Attempted preparation of diamondlike carbon nitride by explosive shock compression of poly(methineimine). J. Mater. Chem. 1998. V. 8. N 11. P. 2475–2479. DOI: 10.1039/a804137g.
Wixom M.R. Chemical Preparation and Shock Wave Compression of Carbon Nitride Precursors. J. Am. Ceram. Soc. 1990. V. 73. N 7. P. 1973–1978. DOI: 10.1111/j.1151-2916.1990.tb05254.x.
Wang Y., Wang X., Antonietti M. Polymeric Graphitic Carbon Nitride as a Heterogeneous Organocatalyst: From Photochemistry to Multipurpose Catalysis to Sustainable Chemistry. Angew. Chem. Int. Ed. 2012. V. 51. P. 68. DOI: 10.1002/anie.201101182.
Ashfold M.N.R., Goss J.P., Green B.L., May P.W., Newton M.E., Peaker C.V. Nitrogen in Diamond. Chem. Rev. 2020. V. 120. P. 5745–5794. DOI: 10.1021/acs.chemrev.9b00518.
Taylor W.R., Canil D., Milledge J.H. Kinetics of Ib to IaA nitrogen aggregation in diamond. Geochim. Cosmochim. Acta. 1996. V. 60. N 23. P. 4725. DOI: 10.1016/S0016-7037(96)00302-X.
Goss J.P., Briddon P.R., Papagiannidis S., Jones R. Interstitial nitrogen and its complexes in diamond. Phys. Rev. B. 2004. V. 70. P. 235208. DOI: 10.1103/PhysRevB.70.235208.
Palyanov Y.N., Borzdov Y.M., Khokhryakov A.F., Kupriyanov I.N., Sokol A.G. Effect of Nitrogen Impurity on Diamond Growth Processes. Crystal Growth Des. 2010. V. 10. P. 3169-3175. DOI: 10.1021/cg100322p.
Kulnitskiy B.A., Gordeeva T.A., Blank V.D. Interplanar distances in deformed diamond. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2025. V. 68. N 9. P. 14-19. DOI: 10.6060/ivkkt.20256809.4y.
Buga S.G., Galkin A.S., Kuznetsov M.S., Kornilov N.V., Luparev N.V., Prikhodko D.D., Tarelkin S.A., Blank V.D. Doublelayer plates from synthetic diamond single-crystals doped with nitrogen for high-temperature n-type schottky diodes. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2022. V. 65. N 11. P. 27-33. DOI: 10.6060/ivkkt.20226511.7y.
Chen L., Miao X., Ma H., Guo L., Wang Z., Yang Z., Jia X. Synthesis and characterization of diamonds with different nitrogen concentrations under high pressure and high tempera-ture conditions. Cryst Eng Comm. 2018. V. 20. P. 7164–7169. DOI: 10.1039/c8ce01533c.
Fang C., Zhang Y.W., Zhang Z.F., Shan C.X., Shen W.X., Jia X.P. Preparation of ‘Natural’ Diamonds by HPHT Annealing of Synthetic Diamonds. Cryst Eng Comm. 2018. 20. P. 505-511. DOI: 10.1039/C7CE02013A.
Blank V.D., Kuznetsov M.S., Nosukhin S.A., Terentiev S.A., Denisov V.N. The influence of crystallization temperature and boron concentration in growth environment on its distribution in growth sectors of type IIb diamond. Diamond Relat. Mater. 2007. V. 16. N 4-7. P. 800. DOI: 10.1016/j.diamond.2006.12.010.
Burns R.C., Chumakov A.I., Connell S.H., Dube D., Godfried H.P., Hansen J.O., Van Vaerenbergh P. HPHT growth and x-ray characterization of high-quality type IIa diamond. J. Phys.: Cond. Matter. 2009. V. 21. N 36. P. 364224. DOI: 10.1088/0953-8984/21/36/364224.
Polyakov S.N., Denisov V.N., Mavrin B.N., Kirichenko A.N., Kuznetsov M.S., Martyushov S.Y., Blank V.D. Formation of Boron-Carbon Nanosheets and Bilayers in Boron-Doped Diamond: Origin of Metallicity and Superconductivity. Nanoscale Res. Lett. 2016. V. 11. P. 11. DOI: 10.1186/s11671-015-1215-6.
Boyd S.R., Kiflawi I., Woods G.S. The relationship between infrared absorption and the A defect concentration in diamond. Philos. Mag. B. 1994. V. 69. N 6. P. 1149–1153. DOI: 10.1080/01418639408240185.
Lawson S.C., Fisher D., Hunt D.C., Newton M.E. On the existence of positively charged single-substitutional nitrogen in diamond. J. Phys.: Condens. Matter. 1998. V. 10. N 27. P. 6171–6180. DOI:10.1088/0953-8984/10/27/016.
Lawson S.C., Kanda H., Watanabe K., Kiflawi I., Sato Y., Collins A.T. Spectroscopic study of cobalt-related optical centers in synthetic diamond. J. Appl. Phys. 1996. V. 79. P. 4348. DOI: 10.1063/1.361744.
Seregin A.Yu., Prosekov P.A., Chukhovsky F.N., Volkovsky Yu.A., Blagov A.E., Kovalchuk M.V. Experimental and theoretical study of a three-crystal scheme of high-resolution X-ray diffractometry in the reverse space mapping method. Crystallography. 2019. V. 64. N 4. P. 521-528. DOI: 10.1134/s1063774519040175.
