Анализ секториальных пластин синтетических HPHT-алмазов методом лазерно-искровой эмиссионной спектроскопии с учётом подобия процессов абляции

Ссылка для цитирования:

Лебедев В.Ф. Анализ секториальных пластин синтетических HPHT-алмазов методом лазерно-искровой эмиссионной спектроскопии с учётом подобия процессов абляции // Оптический журнал. 2024. Т. 91. № 12. С. 91–98. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-12-91-98

Lebedev V.F. Analysis of sectorial plates of synthetic HPHT diamonds by laser induced breakdown spectroscopy with consideration of similarity of ablation processes [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2024. V. 91. № 12. P. 91–98. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2024-91-12-91-98

Ссылка на англоязычную версию:

Аннотация:

Предмет исследования. Легированные азотом или бором секториальные синтетические пластины HPHT-алмазов (т.е. выращенных при высоком давлении и высокой температуре). Цель работы. Анализ примесного химического состава НРНТ-алмазов в секторах роста с учётом подобия роцессов абляции. Метод. Применён метод лазерно-искровой эмиссионной спектроскопии в условиях лазерно-индуцированной графитизации поверхности. Основные результаты. Лазерноиндуцированная графитизация поверхности пластин сериями лазерных импульсов характеризуется изменением от импульса к импульсу интенсивности молекулярной полосы С2 в спектре излучения лазерной плазмы. Обнаружено подобие зависимостей изменения от импульса к импульсу интенсивности полосы С2, причём для легированных азотом алмазов подобие наблюдается также и для полосы СN. Обнаружено подобие аналогичных зависимостей и для полос излучения, характеризующих примеси водорода и кислорода. Интенсивность процесса графитизации максимальна и минимальна соответственно для секторов роста (111) и (100) и определяется в основном существенным различием в концентрациях азота в этих секторах. Практическая значимость. Наличие подобия для зависимостей интенсивностей атомарных и молекулярных полос излучения соответствующих химических элементов и форма этих зависимостей, полученных при облучении исследуемых образцов сериями лазерных импульсов, позволяют рассматривать лазерно-искровую эмиссионную спектроскопию в качестве ещё одного высокочувствительного и эффективного спектрального метода при анализе примесей любых химических элементов с идентификацией секториальной структуры алмазных образцов. Возможно применение метода лазерно-искровой эмиссионной спектроскопии и как средства контроля и отбора образцов алмаза.

Ключевые слова:

HPHT-алмаз, выращенный при высоких давлении и температуре, сектор роста, лазерно-искровая эмиссионная спектроскопия, лазерно-индуцированная графитизация, подобие процессов абляции

Благодарность:

работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации, соглашение № FSRF-2023-0003, «Фундаментальные основы построения помехозащищённых систем космической и спутниковой связи, относительной навигации, технического зрения и аэрокосмического мониторинга»

Коды OCIS: 140.3440, 300.6365, 280.1545

Список источников:

1. Russell S.H., Giorgio S.S. Laser-induced breakdown spectroscopy — a geochemical tool for the 21st century // Applied Geochemistry. 2021. V. 128. P. 104929. https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2021.104929
2. Legnaioli S., Campanella B., Poggialini F., Pagnotta S., Harith M. A., Abdel-Salamb Z.A., Palleschi V. Industrial applications of laser-induced breakdown spectroscopy: a review// Anal. Methods. 2020. V. 12. P. 1014–1029. https://doi.org/10.1039/C9AY02728A
3. Smith E.M., Smit K.V., Shirey S.B. Methods and challenges of establishing the geographic origin of diamonds // Gems & Gemology. Fall 2022. V. 58(3). P. 270–288. https://doi.org/10.5741/GEMS.58.3.270
4. McManus C.E., McMillan N.J., Dowe J., Bell J. Diamonds certify themselves: Multivariate statistical provenance analysis // Minerals. 2020. V. 10. № 10. P. 916. https://doi.org/10.3390/min10100916
5. Лебедев В.Ф., Булыга Д.В., Колядин А.В. Анализ примесного состава синтетических HPHT-алмазов методом лазерно-искровой эмиссионной спектроскопии в условиях лазерно-индуцированной модификации поверхности // Письма в ЖТФ. 2020. Т. 46. № 9. С. 7–9.
Lebedev V.F., Bulyga D.V., Koliadin A.V. Analysis of the impurity composition of synthetic HPHT diamonds by laser-induced breakdown spectroscopy underconditions of laser-induced surface modification // Technical Physics Letters. 2020. V. 46 (5). P. 413–415. https://doi.org/10.21883/PJTF.2020.09.49363.18164
6. Lebedev V.F., Rabchinskii M.K., Kozlyakov M.S., Stepanov D.N., Shvidchenko A.V., Nikonorov N.V., Vul' A.Y. Laser-induced breakdown spectroscopy: an advanced method for analysis of nanocarbon materials chemical composition, supplementary information // Journal of Analytical Atomic Spectrometry. 2018. V. 33. № 2. P. 240–250. https://doi.org/10.1039/C7JA00331E
7. Guézénoc J., Gallet-Budynek A., Bousquet B. Critical review and advices on spectral based normalization methods for LIBS quantitative analysis // Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy. 2019. V. 160. P. 1–8. https://doi.org/10.1016/j.sab.2019.105688
8. Lebedev V.F., Shestakov A.A. Fast LIBS identification of solids during the laser ablation process // Proc. SPIE. 2011. V. 7822. P. 78220V. https://doi.org/10.1117/12.892671
9. Bredice F., Urbina I., Botto A., Poggialini F., Legnaioli S., Palleschi V. Adding a new dimension to LIBS analysis // LIBS2020. September 20–25. 2020. Kyoto. Japan.
10. Trofimov S.D., Tarelkin S.A., Bolshedvorskii S.V. et al. Spatially controlled fabrication of single NV centers in IIa HPHT diamond // Optical Materials Express. 2020. V. 10. P. 198–207. https://doi.org/10.1364/OME.10.000198