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Los investigadores de GIA exploran las marcas internas y el color de los diamantes gris-azul-violeta

Los investigadores de GIA Troy Ardon (izquierda) y Chloe Peaker presentan su descubrimiento cuántico de diamantes en el reciente simposio Princeton-GIA. Ardon se enfoca en las aplicaciones internas de marcado de diamantes y Peaker investiga por qué algunos diamantes tienen un color gris a azul violeta.

Los científicos de GIA presentaron su última investigación sobre las marcas de diamantes y el origen del gris-azul-púrpura en los diamantes en el Simposio de diamantes de Princeton-GIA patrocinado por GIA el 24 de enero en la Universidad de Princeton.

El simposio anual tiene como objetivo fomentar la colaboración entre experimentadores cuánticos, científicos de materiales y socios industriales. Los participantes incluyeron grupos de investigación cuántica y de materiales del Laboratorio Nacional de Argonne, el Institut Néel Grenoble, el City College de Nueva York, la Universidad de Cornell, el CUNY College de Staten Island, IBM Quantum, la Universidad de Princeton y la Universidad de Pensilvania.

«Este taller es una excelente manera de reunir a científicos académicos y de la industria sobre los muchos temas en los que están trabajando relacionados con diamantes, materiales, espectroscopia y tecnologías cuánticas», dijo Nathalie de Leon, profesora asociada de ingeniería eléctrica. Universidad de Princeton y organizador de la conferencia. «Las discusiones y colaboraciones resultantes han sido muy valiosas, y mis estudiantes y yo realmente disfrutamos la variedad de temas».

Marcadores internos de diamante

Troy Ardon, que tiene una Maestría en Ciencia y Tecnología del Diamante de la Universidad de Warwick, Reino Unido, y un asociado de investigación de GIA en Carlsbad, presentó «Escribiendo con láser Defectos H3 en diamantes Ia naturales», que consiste en estudiar cómo se usa la escritura con láser para crear sistema de marcado interno de un diamante.

Según Ardon, para comprender estas posibilidades, es necesario comprender la estructura de los diamantes. Un diamante es una estructura repetitiva de enlaces de carbono, llamada red. Dijo que un diamante puro es carbono puro y eso es todo. Sin embargo, es común que los átomos que no son de carbono (más comúnmente nitrógeno) se «sustituyan» en la red de diamantes. Cuando un solo átomo de nitrógeno reemplaza a un átomo de carbono, se denomina nitrógeno sustituido. Una vacante es solo un átomo de carbono que falta, un espacio vacío en la red.

Tres modelos, de izquierda a derecha, muestran una red de diamantes puros y dos redes de diamantes defectuosas.

Estos modelos de celosía muestran la diferencia entre un diamante puro (izquierda) y un diamante con defectos (centro y derecha). Ilustración de Troy Ardon/GIA

«Puede combinar estos defectos de muchas maneras diferentes, como los defectos H3: estructuras de nitrógeno-vacante-nitrógeno en la red», dijo Ardon. «Usamos pulsos de láser enfocados de alta potencia para eliminar los átomos de carbono de la red, creando vacantes. El nitrógeno está presente en forma de centros A. Luego recocemos (calentamos lentamente) el diamante para «migrar» las vacantes a la A centros para crear H3. Queríamos ver si podíamos crear defectos H3 que pudieran medirse sobre el fondo, ‘más allá de la multitud’, por así decirlo».

¿resultado?

«Logramos escribir defectos H3 en diamantes naturales con un bajo fondo H3 sin daños visibles», dijo. «Incluso con pulsos de alta energía, no hemos podido escribir con éxito H3 medible en diamantes con fondo alto, lo que significa que tendremos que ampliar nuestra búsqueda de otros defectos que se puedan escribir».

Ardon dice que esta investigación fundamental de la fotónica cuántica de diamantes, un término colectivo para la óptica de diamantes y el uso de defectos de diamantes como fuentes de fotones, puede traducirse en una aplicación potencial para la industria de las piedras preciosas: la creación de sistemas de marcado interno robustos. es crear marcadores serializados únicos (similares a los códigos QR) para ayudar a prevenir el fraude y mejorar la trazabilidad.

«Realmente disfruto tomando nuevas investigaciones fundamentales y aplicándolas a industrias con las que la mayoría de la gente está familiarizada», dijo. «Básicamente proporciona un conducto para informar a una amplia audiencia sobre investigaciones de alto nivel. Es interesante conectar nuevas ideas/métodos científicos con aplicaciones del mundo real que cualquiera puede entender».

¿Cómo obtienen su color los diamantes de gris a azul y púrpura?

La Dra. Chloe Peake e investigadora asociada postdoctoral en GIA en Nueva York, presentan «Centros de metales de transición: causas potenciales del color de diamante rico en hidrógeno de gris a azul a púrpura», un estudio teórico y experimental que investiga las causas de los defectos Instantánea del color de un raro diamante gris-azul-violeta.

“Hasta ahora, la comunidad no conocía la causa de este color de diamante”, dijo Peaker. «Estos diamantes son muy raros y muy valiosos porque el color es exclusivo de los diamantes naturales y nunca se ha visto en diamantes cultivados o tratados en laboratorio».

El color de las piedras preciosas se puede estudiar observando el espectro de absorción UV-Vis, pero desde un punto de vista teórico, es difícil identificar los picos y la naturaleza de los defectos resultantes, dijo.

El enfoque inicial de la investigación, dijo Peaker, fue identificar el defecto responsable de la absorción a 3236 cm-1, un pico bien definido visto en la espectroscopia infrarroja transformada de Fourier (FTIR), una técnica de espectroscopia de absorción que analiza la absorción de rango de luz infrarroja, en lugar del espectro UV-Vis, analiza la absorción de luz en el rango UV-Vis. El pico de 3236 cm-1 es el segundo pico más destacado después del pico de 3107 cm-1, que finalmente se identificó al combinar los resultados de estrés teóricos y experimentales después de casi 50 años de investigación.

Red de diamantes con defectos de metal-nitrógeno.

En este ejemplo de un defecto de nitrógeno metálico en el diamante, la red consta de un átomo de níquel (rojo) centrado en una vacante de la que se ha eliminado un átomo de carbono. El níquel está rodeado por cuatro átomos de nitrógeno (azul) y dos átomos de carbono (gris). Este defecto está etiquetado como NiN4V (V se refiere a vacante), también conocido como NE8, una etiqueta utilizada para identificar las características espectrales que se ven en EPR (resonancia paramagnética de electrones). Ilustración de Chloe Peaker/GIA

«Presento resultados teóricos prometedores para las vibraciones de metal-nitrógeno-hidrógeno que se encuentran en esta región del espectro FTIR, aunque la identificación basada en una prueba sería desaconsejable», dijo Peaker. «También deduje el camino de formación al comparar la distribución espacial de los picos de 3236 y 3107 en diamantes de hábito mixto».

Aunque se necesita más trabajo para descubrir qué causa la coloración de gris a azul-púrpura de estos diamantes, Peake está ansiosa por continuar con su investigación.

«Me encantaría ser quien descubra las causas del color», dijo. «Comprender qué lo causa será el primer paso para comprender cómo se pueden replicar o modificar los defectos responsables. Quería encontrar algo que pudiera tener un impacto más amplio en la industria del diamante. ¡Es emocionante estudiar lo desconocido!»

Estos investigadores tuvieron la oportunidad de hablar en el Simposio de diamantes de Princeton-GIA, lo que les permitió obtener más información sobre la teoría cuántica, el estudio de las propiedades y el comportamiento de la materia y la energía a nivel atómico y subatómico, y su papel en las piedras preciosas. Posibles aplicaciones. en la investigación.

«La conferencia contó con una buena asistencia y todos los oradores parecieron esforzarse mucho en sus presentaciones», dijo Ardon. «Se habla mucho sobre los nuevos desarrollos en computación cuántica y el uso de defectos de diamantes como qubits, lo cual es interesante».

Peaker quedó impresionado con su conocimiento de la computación cuántica.

«La computación cuántica ha avanzado (cuánticamente) a pasos agigantados», dijo. «Este parece ser un futuro prometedor para la ciencia de los materiales en su conjunto».

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