Hình 1. Bên trái: Hai viên kim cương trọng lượng 8,14 ct và 8,57 ct chứa các bao thể mây màu nâu có hình sao với cấu trúc sáu cánh đối xứng. Bên phải: Các bao thể mây phát huỳnh quang màu lục khi chiếu tia cực tím sóng dài. Khu vực màu tím quan sát được có khả năng là kết quả của các khuyết tật trên bề mặt tinh thể. Ảnh:Annie Haynes.

Phòng giám định Carlsbad của GIA gần đây đã tiếp nhận yêu cầu phận tích khoa học cho hai viên kim cương tự nhiên có các bao thể mây màu nâu nhạt nổi bật với cấu trúc hình ngôi sao 6 cánh (hình 1, bên trái). Trong một số tài liệu, các viên kim cương như vậy được gọi là “kim cương sao” hoặc “kim cương có cấu trúc hình sao”. Các bao thể mây này thường phân bố trong các vùng tăng trưởng tương ứng với hàm lượng của hydro và niken cao và được cho là các bao thể graphit (B. Rondeau và cộng sự, “Ba viên kim cương giàu hydro có cấu trúc hình sao: Qúa trình tăng trưởng và sự hấp thụ tạp chất phụ thuộc theo vùng tăng trưởng”, Kim cương và các vật liệu liên quan (Diamond and Related Materials), Tập 13, Số 9, 2004, trang 1658-1673; A.R. Lang và cộng sự, “Liệu niken phân tán trong kim cương tự nhiên có liên quan đến các vùng tăng trưởng hình khối trong các viên kim cương có quá trình tăng trưởng đa hình hay không? Tập 263, Số 1-4, 2004, trang 575-589; K.V. Smit và cộng sự, “Sự tăng trưởng kim cương từ các dung dịch tái chế C-H-N-O trong lớp vỏ lục địa: Bằng chứng từ các bao thể vi mô CH₄ và thành phần đồng vị δ¹³C-δ¹⁵N-N trong kim cương hỗn hợp Marange” Nguồn: Lithos, Tập 265, 2016, trang 68-81).

Mặc dù các viên kim cương có cấu trúc hình sao thỉnh thoảng vẫn được gửi đến giám định tại GIA (Lab Notes, mùa Thu 2019, tr. 417; Gem News International, mùa Thu 2019, tr. 443), hai viên kim cương được kiểm tra gần đây đặc biệt gây chú ý bởi kích thước và hình dạng tự nhiên của chúng. Viên kim cương nặng 8,14 ct cho thấy các dấu hiệu bị ăn mòn nhưng vẫn giữ được phần lớn dạng thô ban đầu ở một mặt,  trong khi các mặt còn lại đã được mài bóng để có thể quan sát rõ cấu trúc bao thể bên trong. Các bề mặt thô còn nguyên vẹn này cũng cho thấy các vết nhuộm màu nâu do phóng xạ, dấu hiệu của quá trình chiếu xạ alpha tự nhiên trong lòng đất, sau đó viên kim cương được ủ nhiệt tự nhiên. Viên kim cương nặng 8,57 ct là một viên đã được đánh bóng với các viền thô. Ở cả hai viên, tương tự như những viên kim cương có cấu trúc hình sao được nghiên cứu trước đây, các bao thể mây đều phát huỳnh quang màu lục dưới tia cực tím sóng dài (Hình 1, bên phải).

Hình 2. A: Viên kim cương nặng 8,14 ct được giữ lại phần lớn bề mặt thô có kết cấu đặc trưng ở một mặt, các mặt còn lại cho thấy rõ bao thể mây bên trong. Ảnh: Taryn Linzmeyer. B: Các bao thể mây phát huỳnh quang màu lục khi chiếu tia cực tím sóng dài, tương ứng với cường độ đỉnh phổ của tâm S3; trường quan sát: 7,19 mm. C: Bản đồ nhiệt biểu thị cường độ đỉnh phổ của tâm S3 và gần 44.000 điểm phổ khi kích thích bằng nguồn laser bước sóng 455 nm.

Hình 3. Phổ phát quang (PL) của viên kim cương 8,14 ct khi được kiểm tra bằng nguồn laser kích thích có bước sóng 633 nm. Nhiều khuyết tật liên quan đến nguyên tố niken được phát hiện bên trong vùng chứa bao thể mây, nhưng không xuất hiện bên ngoài vùng này. Các đường phổ được xếp chồng lên nhau để dễ quan sát và các đỉnh Raman được chuẩn hóa cùng biên độ ở cùng một tỷ lệ.

Cả hai viên kim cương đều có nồng độ hydro cao, được phát hiện bằng phương pháp phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR). Phép lập bản đồ phát quang (PL mapping) với kích thích bằng nguồn laser có bước sóng 455 nm cho thấy sự hiện diện rõ rệt của tâm khuyết tật S3 (496,7 nm), tương ứng trực tiếp với các bao thể mây phát huỳnh quang màu lục (hình 2). Đỉnh phổ này có liên quan đến nguyên tố niken (Cuốn sách “Optical Properties of Diamond: A Data Handbook” của A.M. Zaitsev xuất bản năm 2001, Springer-Verlag). Các đỉnh phổ khác liên quan đến niken cũng được phát hiện trong vùng chứa bao thể mây ở cả hai viên kim cương khi sử dụng kích thích bằng nguồn laser 633 nm, tại các bước sóng 694,2; 700,5; 787,3 và 793,4 nm (hình 3). Ngoài ra, các đỉnh phổ chưa được xác định nguồn gốc tại 709,1 và 729,6 nm cũng được ghi nhận. Khi sử dụng kích thích bằng laser 785 nm, các vùng bao thể dạng mây cho thấy cường độ đỉnh phổ cao hơn tại 793,5 và 801,8 nm. Trong đó, đỉnh tại 793,5 nm có liên quan đến các tâm khuyết tật S2 và S3 (Zaitsev, 2001), trong khi đỉnh tại 801,8 nm có khả năng là tâm NE8 – một phức hợp giữa niken và nitơ (Nghiên cứu của T. Gaebel và các cộng sự, được công bố trong New Journal of Physics Tập 6, 2004, bài số 98)

Hình 4. Hình trái: Ảnh cắt lớp vi tính (μ-CT) của viên kim cương nặng 8,57 ct. Các vùng tăng trưởng có hiệu ứng hình sao được quan sát theo các hướng tinh thể học <100>. Mặc dù các vùng chứa bao thể mây trông có vẻ dạng khối đặc sít, nhưng thực chất chúng được cấu thành từ các bao thể cực nhỏ. Hình phải: Hình ảnh dựng 3D từ dữ liệu μ-CT đã phân đoạn, làm nổi bật các vùng tăng trưởng có cấu trúc hình sao màu vàng nằm bên trong viên kim cương bán trong suốt.

Cả hai viên kim cương đều được phân tích bằng kỹ thuật chụp vi cắt lớp tia X (μ-CT), trong đó các vùng tăng trưởng có cấu trúc hình sao (~{100}) được quan sát rõ thông qua hình ảnh tái dựng ba chiều (hình 4; xem video phía trên). Độ tương phản trong ảnh tái dựng μ-CT chủ yếu phụ thuộc vào số nguyên tử trung bình của vật liệu. Các vùng có cấu trúc hình sao hấp thụ tia X mạnh hơn so với phần còn lại của viên kim cương, cho thấy tín hiệu tổng hợp từ kim cương và các bao thể bên trong có thể có số nguyên tử trung bình cao hơn.

Những viên kim cương này, với giá trị thẩm mỹ độc đáo và giá trị khoa học đáng chú ý, là minh chứng sống động cho những điều kỳ diệu mà thế giới tự nhiên mang lại.

Nguồn: Large Natural Diamonds with Asteriated Cloud Inclusions