Ученые из России выяснили, как в алмазе появляются вкрапления углекислого газа

Исследователи из Института физической химии и электрохимии имени А. Н. Фрумкина РАН, Курчатовского института и МФТИ совместно с коллегой из Лихтенштейна показали что включения твердого углекислого газа в алмазах возникли не путем его захвата во время роста, а путем а путем выделения кислорода из кристаллической решетки из-за уменьшения его растворимости при понижении давления и температуры. Работа ученых опубликована в журнале Carbon Trends.

Алмаз — кристалл, состоящий из чистого углерода. Однако и в них есть примеси. Наиболее часто встречающиеся — азот и водород. В спектрах инфракрасного поглощения некоторых алмазов наблюдаются линии поглощения, соответствующие твердой углекислоте.

Их анализ показывает, что углекислый газ в алмазе находится под высоким остаточным давлением — пять гигапаскалей и выше. Однако положение спектральных линий СО₂ в разных частях одного и того же кристалла — и, соответственно, рассчитанное на их основе давление — может меняться в довольно широких пределах, что довольно сложно объяснить, если считать, что эти включения возникли при росте алмаза.

Российские специалисты изучили области кристалла, содержащие твердый углекислый газ с помощью просвечивающей электронной микроскопии. Для этого из двух кристаллов с помощью ионного пучка были вырезаны тонкие образцы. Выяснилось, что в них имеются многочисленные включения кислорода октаэдрической формы размером до 45 нанометров. Большинство из них связаны с дислокационными петлями, которые, как объясняет один из исследователей, профессор РАН Андрей Ширяев, типичны для распада твердых растворов.

На основании этих данных исследователи сделали вывод, что вкрапления углекислого газа возникли в ходе выделения кислорода из алмазной решетки из-за уменьшения его растворимости при понижении давления и температуры. Форма и химический состав включений зависят от того, как при формировании кристалла менялись давление, температура, а также насыщение решетки кислородом.