Defectos cristalográficos en diamantes
[1] Existe una tradición en la espectroscopía de diamantes para etiquetar un espectro inducido por defectos con un acrónimo numerado (por ejemplo, GR1).
En el diamante, solo se han observado hasta ahora defectos con las siguientes simetrías: tetraédrica (Td), tetragonal (D2d), trigonal (D3d, C3v), rómbica (C2v), monoclínica (C2h, C1h, C2) y triclínica (C1 or CS).
[2] En el diamante sintético crecido mediante la síntesis a alta presión y alta temperatura (HPHT)[5] o mediante deposición química de vapor (CVD, por sus siglas del inglés chemical vapor deposition),[6][7] los defectos con simetría inferior a la tetraédrica se alinean en la dirección del crecimiento.
Para 2008, estos elementos incluyen nitrógeno, boro, hidrógeno, silicio, fósforo, níquel, cobalto y, quizás, azufre.
El manganeso[9] y el tungsteno[10] han sido detectados inequívocamente en el diamante, pero podrían provenir de inclusiones extrañas.
[12] Se cree que el oxígeno es una impureza importante en el diamante,[13] aunque no ha sido identificado espectroscópicamente aún.
[14] Sin embargo, esta asignación es indirecta y las concentraciones correspondientes son bastante bajas (unos pocos partes por millón).
Estos son fácilmente detectables en espectros de resonancia paramagnética electrónica[17] (donde se les denomina confusamente como centros P1).
La luz con energía superior a ~2.2 eV puede excitar los electrones donantes hacia la banda de conducción, generando el color amarillo.
[20] Otro método propuesto, basado en la absorción UV a ~260 nm, se descartó posteriormente por considerarse poco fiable.
[1][2][25] Este modelo es coherente con otros resultados experimentales, aunque no se dispone de datos espectroscópicos directos que lo corroboren.
Los diamantes donde la mayor parte del nitrógeno forma centros B son raros y se clasifican como tipo IaB.
[34] Similar al nitrógeno, el fósforo tiene un electrón más que el carbono y, por lo tanto, actúa como un donante; sin embargo, la energía de ionización del fósforo (~0,6 eV)[33] es significativamente menor que la del nitrógeno (~1,7 eV)[35] y lo suficientemente pequeña como para permitir la ionización térmica a temperatura ambiente.
Esta propiedad importante del fósforo en el diamante lo hace ideal para aplicaciones electrónicas, como los diodos emisores de luz ultravioleta (LED UV) que emiten a 235 nm.
[39] Se ha demostrado experimentalmente que el hidrógeno pasiva impurezas eléctricamente activas de boro[40] y fósforo.
[2][45] Se han detectado numerosos defectos relacionados con el níquel mediante resonancia paramagnética electrónica,[5][46] absorción óptica y fotoluminiscencia,[5][46] tanto en diamantes sintéticos como naturales.
Se han detectado varios defectos relacionados con cobalto aislado mediante resonancia paramagnética electrónica[50] y fotoluminiscencia,[5][51] pero su estructura aún es desconocida.
[59] El germanio, estaño y plomo normalmente están ausentes en el diamante, pero pueden introducirse durante el crecimiento o mediante implantación iónica posterior.
[62] Al igual que los centros N-V, los complejos Si-V, Ge-V, Sn-V y Pb-V tienen aplicaciones potenciales en la computación cuántica.
El intersticial dividido aislado se desplaza a través del cristal de diamante durante la irradiación.
Sin embargo, cuando se utiliza una irradiación relativamente suave con rayos gamma, esta energía extra es mínima.
Como resultado, los intersticiales permanecen cerca de las vacantes originales y forman pares vacante-intersticial, que han sido identificados mediante absorción óptica.
[72][73][74] También se han producido pares vacante-di-intersticial, aunque por irradiación con electrones y mediante un mecanismo diferente:[75] Los intersticiales individuales migran durante la irradiación y se agrupan para formar di-intersticiales; este proceso ocurre preferentemente cerca de las vacantes en la red.
Estos últimos deberían ser invisibles para la mayoría de las técnicas espectroscópicas y, efectivamente, no se han detectado hasta ahora.
Su tamaño varía desde nanómetros hasta muchos micrómetros, y las más grandes son fácilmente observables mediante un microscopio óptico gracias a su luminiscencia.
[82][85] Al igual que las dislocaciones, se ha asociado una fotoluminiscencia de banda ancha centrada en ~1000 nm con las plaquetas mediante observación directa en un microscopio electrónico.
Al estudiar esta luminiscencia, se ha deducido que las plaquetas tienen una «banda prohibida» de aproximadamente 1.7 eV.
[86] Las voiditas son cúmulos octaédricos de tamaño nanométrico presentes en muchos diamantes naturales, según se ha revelado mediante microscopía electrónica.
Esta interacción suele ocurrir si un diamante que contiene defectos extrínsecos (impurezas) es deformado plásticamente o es irradiado y luego recocido.
El boro interactúa con intersticiales de carbono formando un complejo boro-intersticial neutro con una absorción óptica aguda a 0.552 eV (2250 nm).
