Spectroscopic features of brown diamonds from Ural placers

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Research subject. Brown diamond crystals from placers of the western slope of the Middle/Northern Urals. Aim. Study of the defect-impurity composition of a sample of brown diamonds from the placers of the western slope of the Middle/ Northern Urals. Methods. In this work, special attention is paid to the analysis of the characteristic spectroscopic features of defects in diamonds from the placers of the western slope of the Middle/Northern Urals using photoluminescence and IR spectroscopy. Results. The studied diamonds from placers of the Middle/Northern Urals are round isometric crystals of a dodecahedral (tetrahexahedral) habitus. According to the results of luminescence (PL) and infrared spectroscopy, three groups of crystals can be distinguished: (i) medium and high nitrogen crystals with low aggregation and dominant defects H3 and 490.7 nm in the PL spectra; (ii) medium and high nitrogen with high aggregation and the predominance of N3 defects in the PL spectra; (iii) low nitrogen with low aggregation and dominant S1 defects in the PL spectra. The first group is characterized by a green glow (excited 405 nm), the second and third groups are characterized by a blue and yellow glow, respectively. The blue glow of the studied crystals is primarily due to the presence of the N3V center. This defect appears as a result of the aggregation sequence of nitrogen impurities and corresponds to diamonds subjected to the highest temperature annealing (1100-1260°C). Diamonds containing the S1 center are characterized by a low content and aggregation of nitrogen compared to crystals of other groups. Group (i) diamond crystals, whose PL spectra are dominated by the H3 and 490.7 nm systems, have a more intense brown color. Conclusions. The data obtained indicate that annealing at higher temperatures is responsible for the formation of N3V centers in highly aggregated diamonds. The low %B1 aggregation and nitrogen content are associated with the presence of a nitrogen getter (presumably titanium) in the S1 center. An intense brown color appears in the group of diamonds with dominant systems A, H3 and 490.7 nm, which indicates a possible relationship between nitrogen and the corresponding optical absorption.

About the authors

M. I. Rakhmanova

A.V. Nikolaev Institute of Inorganic Chemistry, SB RAS

Email: rakhmanova_m@mail.ru

O. P. Yuryeva

A.V. Nikolaev Institute of Inorganic Chemistry, SB RAS

D. A. Zedgenizov

A.N. Zavaritsky Institute of Geology and Geochemistry, UB RAS; Ural State Mining University

N. V. Gubanov

A.N. Zavaritsky Institute of Geology and Geochemistry, UB RAS; V.S. Sobolev Institute of Geology and Mineralogy, SB RAS

References

  1. Бескрованов В.В. (2000) Онтогения алмаза. Новосибирск: Наука, 264 с.
  2. Бокий Г.Б., Безруков Г.Н., Клюев Ю.А. (1986) Природные и синтетические алмазы. М.: Наука, 224 с.
  3. Орлов Ю.Л. (1984) Минералогия алмаза. Изд. 2-е. М.: Наука, 170 с.
  4. Третьякова Л.И., Люхин А.М. (2016) Импактно-космогенно-метасоматическое происхождение микроалмазов месторождения Кумды-Коль, Северный Казахстан. Отеч. геология, (2), 69-77.
  5. Byrne K.S., Anstie J.D., Chapman J.G., Luiten A.N. (2012) Optically reversible photochromism in natural pink diamond. Diam. Relat. Mater., 30, 31-36. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2012.09.005
  6. Cartigny P. (2005) Stable isotopes and the Origin of Diamond. Elements, 1(2), 79-84. https://doi.org/10.2113/gselements.1.2.79
  7. Collins A.T., Connor A., Ly C.H., Shareef A., Spear P.M. (2005) High-temperature annealing of optical centers in type-I diamond. J. appl. Phys., 97, 083517. https://doi.org/10.1063/1.1866501
  8. Deljanin B., Herzog F., Bieri W., Alessandri M., Gunther D., Frick D.A., Cleveland E., Zaitsev A.M., Peretti A. (2013) New generation of synthetic diamonds reaches the market Part B: identification of treated CVD-grown pink diamonds from Orion (PDC). Contrib. Gemol., 14, 21-40.
  9. Dobrinets I., Vins V., Zaitsev A. (2013) HPHT-treated diamonds: diamonds forever. Springer series in materials science, 181, 257 p. https://doi.org/10.1007/978-3-642-37490-6
  10. Eldridge C., Compston W., Williams I. (1991) Isotope evidence for the involvement of recycled sediments in diamond formation. Nature, 353, 649-653. https://doi.org/10.1038/353649a0
  11. Emerson E. (2009) Diamond: With hydrogen cloud and etch channels. Gems & Gemology, 45, 209-210.
  12. Etmimi K.M., Goss J.P., Briddon P.R., Gsiea A.M. (2010) A density functional theory study of models for the N3 and OK1 EPR centres in diamond. J. Phys.: Condens. Matter., 22(38), 385502. https://doi.org/10.1088/0953-8984/22/38/385502
  13. Fedortchouk Ya. (2019) A new approach to understanding diamond surface features based on a review of experimental and natural diamond studies. Earth-Sci. Rev., 193, 45-65. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2019.02.013
  14. Fritsch E. (1998) The nature of color in diamonds. The Nature of Diamonds. Cambridge: Cambridge University Press, 23-47.
  15. Gaillou E., Post J., Bassim N., Zaitsev A.M., Rose T., Fries M., Stroud R.M., Steele A., Butler J.E. (2010) Spectroscopic and microscopic characterization of color lamellae in natural pink diamonds. Diam. Relat. Mater., 19, 1207-1220. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2010.06.015
  16. Gaillou E., Post J.E., Rose T., Butler J.E. (2012) Cathodoluminescence of Natural, Plastically Deformed Pink Diamonds. Microsc. Microanal., 18, 1292-1302. https://doi.org/10.1017/S1431927612013542
  17. Green B.L., Collins A.T., Breeding C.M. (2022) Diamond Spectroscopy, Defect Centers, Color, and Treatments. Rev. Miner. Geochem., 88(1), 637-688. https://doi.org/10.2138/rmg.2022.88.12
  18. Goss J.P., Briddon P.R., Hill V., Jones R., Rayson M.J. (2014) Identification of the structure of the 3107 cm-1 H-related defect in diamond. J. Phys.: Condens. Matter., 26(14), 145801. https://doi.org/10.1088/0953-8984/26/14/145801
  19. Hainschwang T. (2003) Classification and Color Origin of Brown Diamonds. Bachelor's Thesis. Nantes, Universite de Nantes, 91 p.
  20. Hainschwang T., Simic D., Fritsch E., Deljanin B., Woodring S., DelRe N. (2005) A Gemological Study of a Collection of Chameleon Diamonds. Gems & Gemology, 41(1), 20-34. https://doi.org/10.5741/gems.41.1.20
  21. Hainschwang T., Notari F., Pamies G. (2020) A Defect Study and Classification of Brown Diamonds with Deformation-Related Color. Minerals, 10(10), 903. https://doi.org/10.3390/min10100903
  22. Harris J.W., Hawthorne J.B., Oosterveld M.M. (1979) Regional and local variations in the characteristics of diamonds from some southern African kimberlites. Proc. Second int. Kimberlite Conf., 1, 27-41. https://doi.org/10.29173/ikc967
  23. Harris J.W. (1992) Diamond geology. The properties of natural and synthetic diamond. London: Academic Press, 345-393.
  24. Iakoubovskii K., Adriaenssens G.J. (1999) Photoluminescence in CVD Diamond Films. J. Phys. Stat. Sol. (a), 172(1), 123-129. https://doi.org/10.1002/(SICI)1521-396X(199903)172:13.3.CO;2-5
  25. Iakoubovskii K., Adriaenssens G.J. (2001) Trapping of vacancies by defects in diamond. J. Phys.: Condens. Matter., 13, 6015-6018. https://doi.org/10.1088/0953-8984/13/26/316
  26. Jones R. (2009) Dislocations, vacancies and the brown colour of CVD and natural diamond. Diam. Relat. Mater., 18, 820-826. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2008.11.027
  27. Jones R., Hounsome L.S., Fujita N., Oberg S., Briddon P.R. (2007) Electrical and optical properties of multivacancy centres in diamond. Phys. Stat. Sol., 204(9), 3059-3064. https://doi.org/10.1002/pssa.200776311
  28. Kiflawi I., Bruley J., Luiten W., van Tendeloo G. (1998) ‘Natural' and ‘man-made' platelets in type-la diamonds. Phil. Mag., B, 78, 299-314. https://doi.org/10.1080/13642819808205733
  29. Laidlaw F.H.J., Diggle P.L., Breeze B.G., Dale M.W., Fisher D., Beanland R. (2021) Spatial distribution of defects in a plastically deformed natural brown diamond. Diam. Relat. Mater., 117, 108465. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2021.108465
  30. Massi L., Fritsch E., Collins A.T., Hainschwang T., Notari F. (2005) The “amber centers” find their relation to the brown colour in diamond. Diam. Relat. Mater., 14, 1623-1629. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2005.05.003
  31. Nadolinny V.A., Yelisseyev A.P. (1994) New Paramagnetic Centres Containing Nickel Ions in Diamond. Diam. Relat. Mater., 3, 17-21. https://doi.org/10.1016/0925-9635(94)90024-8
  32. Nadolinny V.A., Yurjeva O.P., Pokhilenko N.P. (2009a) EPR and luminescence data on the nitrogen aggregation in diamonds from Snap Lake dyke system. Lithos, 112(2), 865-869. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2009.05.045
  33. Nadolinny V.A., Yuryeva O.P., Chepurov A.I., Shatsky V.S. (2009б) Titanium Ions in the Diamond. Structure: Model and Experimental Evidence. Appl. Magn. Res., 36, 109. https://doi.org/10.1007/s00723-009-0013-7
  34. Nadolinny V., Yuryeva O.P., Rakhmanova M.I., Shatsky V.S., Kupriyanov I.N., Zedgenizov D.A. (2012) Distribution of OK1, N3 and NU1 defects in diamond crystals of different habits. Europ. J. Mineral., 24(4), 645-650. https://doi.org/10.1127/0935-1221/2012/0024-2173
  35. Nadolinny V.A., Shatsky V.S., Yuryeva O.P., Rakhmanova M.I., Komarovskikh A.Yu., Kalinin A.A., Palyanov Yu.N. (2020) Formation features of N3V centers in diamonds from the Kholomolokh placer in the Northeast Siberian Craton. Phys. Chem. Minerals, 47, 4. https://doi.org/10.1007/s00269-019-01070-w
  36. Nadolinny V.A., Yurjeva O.P., Rakhmanova M.I., Komarovskikh A.Yu., Shatsky V.S. (2023) Features of the defect-impurity composition of diamonds from the northern Istok and Mayat placers (Yakutia) according to EPR, IR, and luminescence data. Phys. Chem. Minerals, 50(1), 3. https://doi.org/10.1007/s00269-022-01227-0
  37. Newton M.E., Baker J.M. (1989) 14N ENDOR of the OK1 centre in natural type Ib diamond. J. Phys.: Condens. Matter., 1, 10549-10560. https://doi.org/10.1088/0953-8984/1/51/024
  38. Phaal C. (1964) Plastic deformation of diamond. The Philosophical Magazine: a Journal of Theoretical Experimental and applied Physics, 10(107), 887-891. https://doi.org/10.1080/14786436408225392
  39. Rakhmanova M.I., Komarovskikh A.Yu., Palyanov Y.N., Kalinin A.A., Yuryeva O.P., Nadolinny V.A. (2021) Diamonds from the Mir Pipe (Yakutia): Spectroscopic Features and Annealing Studies. Crystals, 11, 366. https://doi.org/10.3390/cryst11040366
  40. Rakhmanova M.I., Komarovskikh A.Yu., Ragozin A.L., Yuryeva O.P., Nadolinny V.A. (2022) Spectroscopic features of electron irradiated diamond crystals from Mir kimberlite pipe, Yakutia. Diam. Relat. Mater., 126, 109057. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2022.109057
  41. Reinitz I.E., Buerki P.R., Shigley J.E., McClure S.F., Moses T.M. (2000) Identification of heat-treated yellow to green diamond. Gems & Gemology, 36, 128-137. https://doi.org/10.5741/GEMS.36.2.128
  42. Shcherbakova M.Ya., Sobolev E.V., Nadolinny V.A., Aksenov V.K. (1975) Defects in plastically-deformed diamonds, as indicated by optical and EPR spectra. Dokl. Akad. Nauk SSSR, 225, 566-568.
  43. Shigley J.E., Chapman J., Ellison R.K. (2001) Discovery and mining of the Argyle diamond deposit, Australia. Gems & Gemology, 37 (1), 26-41. https://doi.org/10.5741/GEMS.37.1.26
  44. Shigley J.E., Fritsch E. (1993) A notable red-brown diamond. J. Gemm., 23, 259-266.
  45. Skuzovatov S.Yu., Zedgenizov D.A., Rakevich A.L., Shatsky V.S., Martynovich E.F. (2015) Multiple growth events in diamonds with cloudy microinclusions from the Mir kimberlite pipe: evidence from the systematics of optically active defects. Russ. Geol. Geophys., 56(1-2), 330-343. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2015.01.024
  46. Smith C.P., Bosshart G., Ponahlo J., Hammer V.M.F., Klapper H., Schmetzer K. (2000) GE POL diamonds: before and after. Gems & Gemology, 36(3), 192-215. https://doi.org/10.5741/GEMS.36.3.192
  47. Speich L., Kohn S.C., Bulanova G.P., Smith C.B. (2018) The behaviour of platelets in natural diamonds and the development of a new mantle thermometer. Contrib. Mineral. Petrol., 173(5), 39. https://doi.org/10.1007/s00410-018-1463-4
  48. Taylor W.R., Canil D., Milledge J. (1996) Kinetics of Ib to IaA Nitrogen Aggregation in Diamond. Geochim. Cosmochim. acta, 60, 4725-4733. https://doi.org/10.1016/S0016-7037(96)00302-X
  49. Titkov S.V., Shigley J.E., Breeding C.M., Mineeva R.M., Zudin N.G., Sergeev A.M. (2008) Natural color purple diamonds from Siberia. Gems & Gemology, 44(1), 56-64. https://doi.org/10.5741/GEMS.44.1.56
  50. Tretiakova L. (2009) Spectroscopic Methods for the Identification of Natural Yellow Gem-Quality Diamonds. Europ. J. Mineral., 21, 43-50. https://doi.org/10.1127/0935-1221/2009/0021-1885
  51. Van Royen J., Pal'yanov Yu.N. (2002) High-pressure-high-temperature treatment of natural diamonds. J. Phys.: Condens. Matter, 14, 44. https://doi.org/10.1088/0953-8984/14/44/408
  52. Wang W., Smith C.P., Hall M.S., Breeding C.M., Moses T.M. (2005) Treated-Color Pink-To-Red Diamonds from Lucent Diamonds Inc. Gems & Gemology, 41, 1. https://doi.org/10.5741/GEMS.41.1.6
  53. Woods G.S. (1986) Platelets and the infrared absorption of type Ia diamonds. Proc. R. Soc. a, 407(1832), 219-238. https://doi.org/10.1098/rspa.1986.0094
  54. Yang Z., Liang R., Zeng X., Peng M. (2012) A microscopy and FTIR and PL spectra study of polycrystalline diamonds from Mengyin kimberlite pipes, ISRN Spectrosc. https://doi.org/10.5402/2012/871824
  55. Yelisseyev A., Babich Y., Nadolinny V., Fisher D., Feigelson B. (2002) Spectroscopic study of HPHT synthetic diamonds as grown at 1500°C. Diam. Relat. Mater., 11, 22. https://doi.org/10.1016/S0925-9635(01)00526-X
  56. Yuryeva O.P., Rakhmanova M.I., Nadolinny V.A., Zedgenizov D.A., Shatsky V.S., Kagi H., Komarovskikh A.Y. (2015) The characteristic photoluminescence and EPR features of superdeep diamonds (Sao-Luis, Brazil). Phys. Chem. Minerals, 42(9), 707-722. https://doi.org/10.1007/s00269-015-0756-7
  57. Yuryeva O.P., Rakhmanova M.I., Zedgenizov D.A. (2017) Nature of type IaB diamonds from the Mir kimberlite pipe (Yakutia): evidence from spectroscopic observation. Phys. Chem. Minerals, 44(9), 655-667. https://doi.org/10.1007/s00269-017-0890-5
  58. Yuryeva O.P., Rakhmanova M.I., Zedgenizov D.A., Kalinina V.V. (2020) Spectroscopic evidence of the origin of brown and pink diamonds family from Internatsionalnaya kimberlite pipe (Siberian craton). Phys. Chem. Minerals, 47(4), 20. https://doi.org/10.1007/s00269-020-01088-5
  59. Zaitsev A.M. (2001) Optical properties of diamond: a data handbook. Berlin, Springer, 502 p. https://doi.org/10.1007/978-3-662-04548-0

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2023 Rakhmanova M.I., Yuryeva O.P., Zedgenizov D.A., Gubanov N.V.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».