Ионная имплантация минералов и их синтетических аналогов

Лопатин, Олег Николаевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Ионная имплантация минералов и их синтетических аналогов
ВАК РФ 25.00.05, Минералогия, кристаллография

Автореферат диссертации по теме "Ионная имплантация минералов и их синтетических аналогов"

На пркАах рукописи

Лопатин Олег Николаевич

ИОННАЯ ИМПЛАНТАЦИЯ МИНЕРАЛОВ И ИХ СИНТЕТИЧЕСКИХ АНАЛОГОВ

25.00.05 - минералогия, кристаллография

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук

1 6 ДЕК 2010

Казань-2010

004618246

Работа выполнена на кафедре минералогии и петрографии Казанского (Приволжского) федерального университета

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук,

Защита состоится « 16 » декабря 2010 г. в 14.30 часов на заседании диссертационного совета Д 212.081.09 в Казанском (Приволжском) федеральном университете по адресу: г. Казань, ул. Кремлевская, д. 4/5, КФУ, геологический факультет, ауд. 211.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке им. Н. И. Лобачевского Казанского (Приволжского) федерального университета.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью организации, просим направлять по адресу: 420008, г. Казань, ул. Кремлевская, д. 18, КФУ, служба аттестации научных кадров. Факс: (843)2387601.

профессор Пеньков Иван Николаевич

доктор геолого-минералогических наук, профессор Горобец Борис Соломонович

доктор физико-математических наук, профессор Самойлович Михаил Исаакович

Ведущая организация: Институт геологии и геохимии У рО РАН

(г. Екатеринбург)

Автореферат разослан «-ЭД» ноября 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.081.09

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Диссертация посвящена комплексному экспериментальному изучению минералов и их синтетических аналогов, свойства которых модифицированы высокодозной ионной имплантацией.

Имеющийся на сегодняшний день, значительный экспериментальный и теоретический потенциал знаний в области кристаллохимии и физики минералов, находит себе весьма широкое применение в различных областях естественных наук, а также в промышленности и отраслях хозяйственной деятельности. Одним из Приоритетных направлений развития науки, технологий и техники Российской Федерации в настоящее время являются фундаментальные и прикладные работы в «Индустрии наносистем и материалов», открывающие новые перспективы в самых различных областях. Актуальность тематики диссертации определяется возможностью расширения и использования минерально-сырьевой базы за счет создания новых минеральных веществ с заведомо прогнозируемыми и заданными физическими и технологическими свойствами.

Цель работы заключалась в изучении кристаллохимии и свойств минералов и их синтетических аналогов, модифицированных высокодозной ионной имплантацией.

Задачи работы.

- проведение высокодозной ионной имплантации в ряд кристаллических структур минералов и их синтетических аналогов,

- проведение постимплантационной термической обработки исходных минеральных матриц и выявление оптимальных режимов термического отжига образцов,

- экспериментальное изучение получаемого продукта - минералов-имплантантов современными физическими методами,

- выявление и характеристика новых квантово-оптических, магнитных, электрических и др. свойств у исходных кристаллических минеральных матриц, подвергнутых имплантационной обработке и отжигу,

- выявление и экспериментальное изучение в исходных матрицах новообразованных фаз, и определение их положения в пространстве кристаллических структур минералов,

- выявление возможностей методики ионной имплантации в области изменения окраски минералов и их синтетических аналогов с конечной целью геммологического облагораживания ювелирно-поделочного сырья.

Научная новизна. Впервые проведено систематическое имплантирование переходных химических элементов группы железа в кристаллические минеральные матрицы оксидов и силикатов как природного, так и искусственного происхождения. Экспериментально выявлены режимы, дозы, условия ионной имплантации и постимплантационной термической обработки кристаллов минералов. Впервые проведено комплексное изучение минералов-имплантантов современными физическими методами. На примере двух групп важнейших породообразующих минералов (оксидов и силикатов) показано изменение их кристаллохимических особенностей и физических свойств. Рассмотрены различные механизмы вхождения имплантируемой примеси переходных химических элементов в матрицы минералов в процессе имплантации и отжига. Показана возможность изоморфного вхождения имплантируемого химического элемента в различные структурные позиции конкретных минералов. Зафиксировано и доказано формирование в исходных минеральных матрицах новообразованных когерентных и некогерентных минеральных фаз.

Практическая значимость. Экспериментально выявлено и научно обосновано прогнозируемое изменение квантово-оптических (окраска) и магнитных свойств имплантированных минеральных матриц. Впервые

разработаны и обоснованы фундаментальные методические основы лабораторной нанотехнологии геммологического облагораживания самоцветного сырья с помощью методик имплантационной обработки кристаллов минералов и их синтетических аналогов, последующее внедрение которой позволит существенно расширить перечень и номенклатуру новых самоцветных камней - имплантантов.

Личный вклад автора заключается в определении стратегического направления исследований, в постановке общих задач и их решении. Автор осуществлял руководство и принимал непосредственное участие во всех этапах выполнения описанных работ. Все экспериментальные исследования основными методами, используемыми автором в диссертации - методами оптической спектроскопии - проведены лично автором самостоятельно. Интерпретация и обобщение экспериментальных результатов по другим методам исследований проведено при непосредственном авторском участии.

Основные защищаемые положения.

1. Высокодозная ионная имплантация и постимплантационная термическая обработка минералов и их синтетических аналогов приводят к формированию (синтезу) в исходной минеральной матрице новообразованных как когерентных, так и некогерентных фаз.

2. Имплантирование ионов различных химических элементов группы железа в минералы и их синтетические аналоги сопряжено с изоморфным вхождением ионов в различные структурные, а также в интерстициальные позиции облученных минеральных матриц.

3. Локализация имплантируемых ионов переходных химических элементов в минералах или их аналогах, подвергнутых ионно-лучевой обработке (собственно имплантации) и последующему термическому отжигу, осуществляется в узком интервале глубин, порядка 5 - 100 нм от поверхности кристалла.

4. Методика высокодозной ионной имплантации является эффективным способом изменения и модификации квантово-оптических свойств минералов и их синтетических аналогов (прежде всего, окраски), и может использоваться в качестве нанотехнологического способа при геммологической практике облагораживания ювелирно-поделочного сырья.

Апробация работы. Основные результаты в виде докладов и сообщений были представлены на ежегодных Итоговых научных конференциях Казанского государственного университета (Казань, 1993 -2010), Всероссийских конференциях «Спектроскопия, рентгенография и кристаллохимия минералов» (Казань, 1997, 2005), VI Уральском петрографическом совещании (Екатеринбург, 1997), Международной конференции «Эффект Мессбауэра: магнетизм, материаловедение, гамма-оптика» (Казань, 2000), Международной конференции «I Eurasia Conference on Nuclear Science and its Application» (Aneara, Turkey, 2000), регулярных Международных конференциях «Новые идеи в науках о Земле» (Москва, 2001, 2005, 2009), Международной конференции «Крисгаллогенезис и минералогия» (С-Петербург, 2001), III Международном семинаре «Новые идеи и концепции в минералогии» (Сыктывкар, 2002), регулярных Международных конференциях «Минералогические музеи» (С-Петербург, 2002,2008), Международной конференции «IV International Symposium on Ion Implantation and Other Application of Ions and Electrons» (Kazimierz Dolny, Poland, 2002), Международной конференции «Internationa! Conference Center Cobe IBMM» (Kobe, Japan, 2002), регулярном Всероссийском семинаре «Физические и физико-химические основы ионной имплантации» (Ниж. Новгород, 2002, 2004, 2006, 2008, 2010), IV Всероссийском совещании «Минералогия Урала» (Миасс, 2003), XV Международном совещании «Рентгенография и кристаллохимия минералов» (С-Петербург, 2003), Всероссийской конференции «Минералогия, геммология, искусство» (С-Петербург, 2003), регулярной Международной конференции

«Взаимодействие излучений с твердым телом» (Минск, Белоруссия, 2003, 2005), Международной конференции «V International Conference ION 2004» (Kazimierz Dolny, Poland, 2004), Международном семинаре «Кварц, кремнезем» (Сыктывкар, 2004), VIH, IX, X, XI Съездах РМО (С-Петербург, 1992, 1999, 2004, 2010), конференции, посвященной 200-летию Геологического музея КГУ (Казань, 2004), Международном семинаре «Петрография XXI века» (Апатиты, 2005), Международной конференции «XV International Conference "Ion Beam Modification of Materials"» (Taormina, Italy, 2006), Международной конференции «Спектроскопия и кристаллохимия минералов» (Екатеринбург, 2007), Всероссийской конференции «Проблемы минералогии, петрографии и металлогении» (Пермь, 2007), Международной конференции «Геммология» (Томск, 2007), Международной конференции «International Conference on Superconductivity and Magnetism» (Antalya, Turkey, 2008), Всероссийской конференции «Минералы: строение, свойства, методы исследования» (Миасс, 2009), XV Геологическом съезде Республики Коми (Сыктывкар, 2009), Международном семинаре «Минералогическая интервенция в микро- и наномир» (Сыктывкар,

2009), XIV Чтениях памяти А.Н. Заварицкого (Екатеринбург, 2009), V Национальной кристаллохимической конференции (Казань, 2009), Всероссийском минералогическом семинаре «Геоматериалы» (Сыктывкар,

2010).

Публикации. Автором опубликовано более 135 научных работ, из которых более 70 соотносятся с тематикой диссертации, в том числе 2 коллективных монографии в соавторстве, 34 статьи (19 статей - в журналах, рекомендованных ВАК для защиты докторских диссертаций, 5 статей - в зарубежных научных журналах), 34 научные работы в материалах, трудах и тезисах различных конференций. 2 научных статьи в настоящее время находятся в печати. Приведенный в автореферате список публикаций в полной мере отражает основные результаты диссертации. Предлагаемая в

диссертации методика отослана в Роспатент в качестве заявки на выдачу патента РФ на изобретение (per. № 2010115317 от 16.04.2010).

Работа выполнена на кафедре минералогии и петрографии Казанского государственного университета в рамках госбюджетной и хоздоговорной тематик кафедры. Работа неоднократно поддерживалась грантовскими темами по линии Министерства образования и науки РФ, Российского Фонда Фундаментальных исследований, Фонда НИОКР АН Республики Татарстан, ДЗН КГУ, индивидуальными грантами Фонда 1SSEP, Кабинета Министров РТ, Госконтрактом Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» и пр.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения. Работа содержит 206 страниц, включающих 6 таблиц, 63 рисунка. Список литературы содержит 317 наименований.

Благодарности. Выполнение работы было бы невозможно без активного участия и кураторства со стороны заведующего лабораторией Радиационной Физики Казанского Физико-технического института, доктора физико-математических наук, члена корреспондента РАН, академика АН РТ, ныне покойного Хайбулпина Ильдуса Бариевича. Большинство экспериментальных исследований предлагаемой диссертации выполнено при непосредственном участии в экспериментах и их интерпретации кандидата физико-математических наук, с.н.с. КФТИ РАН, Хайбуллина Рустама Ильдусовича. В экспериментальных исследованиях и обсуждении результатов приняли активное участие сотрудники КГУ: доцент Ибрагимов Ш.З., доцент Никитин С.И., доцент Королев Э.А., доцент Вагизов Ф.Г., профессор Тагиров JI.P., профессор Низамутдинов Н.М., доцент Нуриева Е.М., доцент Булка Г.Р., доцент Кринари Г.А., с.н.с. Хасанова Н.М., н.с. Щербаков В.Д., ассистент Николаев А.Г., ассистент Нуждин Е.В. Неоценимую помощь в проведении ионной имплантации, радиоспектроскопических и электронно-микроскопических исследований

оказали сотрудники КФТИ: с.н.с. Рамеев Б.З., с.u.c. Базаров В.В., н.с. Нуждин В.И., н.с. Осин Ю.Н., н.с. Валеев В.Ф. Автор постоянно ощущал участие и поддержку со стороны профессоров кафедры минералогии и петрографии КГУ, докторов геолого-минералогических наук, Винокурова Владимира Михайловича и Бахтина Анатолия Иосифовича. Всем вышеперечисленным автор выражает сердечную признательность, а также благодарит своих официальных оппонентов, ведущую организацию, сотрудников Казанского госуниверситета и Казанского физико-технического института РАН.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВВЕДЕНИЕ посвящено обоснованию тематики диссертации, обсуждается ее актуальность, определяются цели и задачи, показывается научная новизна и практическая значимость проведенных исследований, формулируются основные защищаемые положения, приводятся авторские благодарности.

Глава 1. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Основным методом диссертационной работы являлся метод высокодозной ионной имплантации, определяемый другими словами как метод ионно-лучевой обработки или метод ионного легирования твердых тел. Методика ионной имплантации позволяет с прецезионной точностью внедрить необходимое количество примеси в приповерхностный слой любой твердотельной матрицы. Анализ литературных данных и проведенный патентный поиск позволяет утверждать, что данный метод редко используется в практике геолого-минералогических работ.

Процессы ионной имплантации осуществляются на специализированных высокоэнергетических установках, т.н. ионно-лучевых ускорителях, представляющих собой промежуточный тип электрофизических приборов между измерительными масс-спектрометрами и

высокопроизводительными электромагнитными изотопными сепараторами. В диссертации приведена принципиальная схема ионно-лучевого ускорителя ИЛУ-3, собранного на базе лабораторного модуля КФТИ РАН, на котором осуществлялась ионно-лучевая обработка всех описанных в диссертации кристаллических матриц минералов или их синтетических аналогов.

Процесс торможения высокоэнергетичных ионов в любом твердом теле порождает каскад выбитых или смещенных атомов самой подложки, и при высоких значениях дозы облучения и низкой плотности ионного тока, зачастую, приводит к полной структурной аморфизации приповерхностных слоев монокристаллической матрицы. В связи с этим требуется последующая постгшплантационная термическая обработка облученной матрицы для отжига радиационных дефектов, рекристаллизации матрицы, разгона внедренной примеси по всему кристаллу и ее активации. Последующая термическая обработка минералов проводилась в муфельной печи в атмосфере воздуха.

Оптическая спектроскопия в настоящее время представляет собой один из эффективных физических методов исследования тонких конституционных особенностей и обусловленных ими кристаллохимических свойств минералов. Все исследованные в рамках диссертации минералы изучались методами адсорбционной оптической спектроскопии. Оптические спектры поглощения изучаемых минералов записывались на спектрофотометрах Hitachi - 330 и СФ - 20 и на специализированной оптико-спектроскопической установке, собранной на базе монохроматора МДР - 2 и микроскопа МИН - 8. В последнем варианте использовался высокочувствительный метод регистрации оптических спектров в режиме «счет фотонов», и применялась методика оптико-спектроскопического микрозондирования. В этом случае размер светового зонда микроскопа позволял фотометрировать участки зерен образцов в диаметре 0,03 мм. Регистрация оптических спектров поглощения производилась в интервале

длин волн 200 — 2100 нм. Спектры люминесценции и возбуждения люминесценции записывались избирательно для уточнения отдельных кристаллохимических особенностей состава и строения некоторых минералов. Регистрация спектров люминесценции осуществлялась в диапазоне длин волн 250 - 1200 нм, при температурах 4,2 и 77 К, на люминесцентном комплексе КСВУ, либо на специализированных люминесцентных установках, собранных на базе монохроматоров МДР - 24 и МУМ, ФЭУ-62, ФЭУ-79 и ФЭУ-106.

Для контроля возможного возникновения в имплантированных минералах новообразованных фаз использовались методики стандартного рентгендифрактометрического, микрозондового энерго-дисперсионного (ЭЛРА) и дифференциального термомагнитного (ДТ\Ы) анализов.

Также в главе описаны методики электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), ядерного гамма-резонанса (ЯГР) и резерфордовского обратного рассеяния (RBS), применяемые для изучения тонких конституционных особенностей имплантированных минералов и глубины проникновения имплантируемых ионов в матрицу мишени.

Глава 2. ИОННАЯ ИМПЛАНТАЦИЯ ОКСИДОВ

Глава посвящена комплексному экспериментальному изучению и интерпретации результатов высокодозной ионной имплантации в кристаллическую структуру оксидных минералов, а именно, кварца, корунда и рутила.

2.1. Кварц. Проведена имплантация ускоренных до энергии 40 кэВ однозарядных ионов железа и марганца в пластины бесцветного природного кварца. Доза облучения варьировалась в пределах от 1,0 х 1017 до 2,5 х 1017 ион/см2 при постоянной плотности ионного тока, равной 10 мкА/см2. Контроль над изменением окраски образцов производился визуально и

методами абсорбционной оптической спектроскопии. После имплантации ионами Ре+ и Мп+ и отжига окраска кварца изменилась на желтую и розовую соответственно. Анализ кривых ДТМА позволил выявить в кварце новообразованные фазы гематита и курнакита соответственно.

Рис. 1. Спектры фотолюминесценции кварца Сравнительный анализ спектров люминесценции (Рис. 1) кварца до имплантации (А), после имплантации ионов железа (В) и после отжига (С) показал наличие в желтом кварце изоморфных ионов трехвалентного железа, связанных в комплексы (Ре04)5".

2.2. Корунд. Аналогичными дозами облучения проведена имплантация ускоренных до энергии 40 кэВ однозарядных ионов кобальта и марганца в пластины бесцветного синтетического корунда. Окраска корунда в процессе имплантации и отжига изменилась на голубую и розовую соответственно.

Рентгедифрактометрическое изучение корунда, имплантированного ионами кобальта, отожженного и окрашенного в голубой цвет, позволило выявить в структуре минерала новообразованную фазу шпинелида СоА^Од. Интерпретация оптических спектров поглощения, записанных с данных голубых образцов корунда, позволила связать полосы поглощения в спектрах с электронными переходами 4А2(4Р) —» 4Т((4Р) и 4А2(4Р) —» 4Т,(4Р) в ионах

Со \ локализованных в тетраэдрических позициях структуры шпинели. Дополнительное изучение имплантированных и отожженных голубых корундов методом ЭПР позволило выявить в спектрах (Рис. 2, 3) анизотропный сигнал магнитного резонанса, состоящий из интенсивной центральной линии с пятью сателлитными компонентами, что подтвердило наличие ионов двухвалентного кобальта в тетраэдрическом окружении.

моа

3600

о 3430

С зет

с 3000

с 2800

О 2600

% 24С0

X 22С0

п О 2ГОЭ

а. 1300

1600

2000 3030

Н.Гс

■20 0 23 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Утоп, градус

Рис. 2. ЭПР спектры голубого образца Рис. 3. Ориентационная зависимость корунда, окрашенного путем имплантации величины резонансного поля для Со* ионов с дозой 2,0 х 1017 ион/см2 с центральной (ЦК) и сверхтонких (СВТ) последующим отжигом в атмосфере компонент ЭПР спектра голубого корунда, воздуха при 970° С в течение часа окрашенного путем имплантации ионов

кобальта с дозой 2,0 х ю" ион/см3 с последующим термическим отжигом

Аналогичная кристаллохимическая информация была получена при имплантации пластин синтетического корунда ионами марганца, после термической обработки изменивших окраску на розовую. Анализ рентгеновских спектров позволил выявить в обработанных образцах самостоятельную новообразованную фазу шпинели МпА1>0^. Интерпретация оптических спектров позволила связать полосы поглощения с электронными переходами с уровня основного состояния 6А|(68) на уровни 4А|, 4Е(40, 4Т\(4С]) и 4*Г1(40) возбужденного состояния в тетраэдрически координированных ионах двухвалентного марганца в структуре шпинели.

2.3. Рутил. При аналогичных режимах была проведена ионно-лучевая обработка монокристаллических пластин бесцветного синтетического рутила потоком высокоэнергетичных ионов Со4", Ре+ и Мп+. В зависимости от кристаллографической ориентировки пластин в кристалле и внедряемых ионов группы железа, окраска бесцветных пластин после имплантации и отжига радикально менялась на зеленую (кобальт), оранжевую (железо), красную (марганец). Комплексное экспериментальное изучение данных синтетических рутилов спектроскопическими методами позволило связать природу новонаведенной окраски образцов с изоморфными замещениями как гетеро-, так и изовалентного типа: Со2* —* ТГ", Ре3+ —» "П4+, Мп4+ —> "Л44, реализуемыми в октаэдрических позициях структуры минерала.

Таким образом, совокупная информация по кристаллохимическим особенностям оксидов, имплантированных элементами группы железа, изложенная в главе 2, позволила сформулировать и обосновать два первых защищаемых положения диссертационной работы.

Глава 3. ИОННАЯ ИМПЛАНТАЦИЯ СИЛИКАТОВ

Глава посвящена комплексному экспериментальному изучению и интерпретации результатов высокодозной ионной имплантации в кристаллическую структуру силикатных минералов, а именно, оливина (форстерита), берилла (гошенита) и калиевого полевого шпата (адуляра). 3.1. Оливии. Проведена имплантация ускоренных до энергии 40 кэВ однозарядных ионов марганца и хрома в пластины бесцветного искусственного оливина (форстерита), синтезированного методом Чохральского.

После имплантации ионов Мп+ и термического отжига окраска бесцветного форстерита изменилась на розовую. Анализ кривых ДТМА данных розовых форстеритов показал наличие в матрице оливина

ультрадисперсных фаз курнакит-гаусманита с точкой Кюри в интервале температур 400 - 470° С. В ЭПР-спектрах розовых форстеритов наблюдается характерный набор узких, хорошо разрешенных линий сверхтонкой структуры, характерной для двухзарядных, октаэдрически координированных ионов марганца со значением ядерного спина I = 5/2, состоящий из 6 основных компонент. Таким образом, проведенные исследования кристаллохимических особенностей синтетического форстерита, имплантированного ионами марганца и термически обработанного, свидетельствуют что ионно-лучевая обработка (собственно имплантация) и постимплантационный отжиг образцов форстерита приводят с одной стороны к формированию в облучаемой матрице самостоятельных оксидных фаз, с другой стороны - к изовалентному изоморфизму, реализуемому по схеме Мп2+у1 —> М§2'уь

Имплантация ускоренных до энергии 40 кэВ однозарядных ионов хрома в кристаллические пластины синтетического бесцветного оливина -форстерита и постимплантационная термическая обработка не привели к изменению колориметрических параметров образцов. Лишь при температуре 4,2 К в высокочувствительном режиме «счет фотонов» удалось записать спектры люминесценции исследуемых форстеритов (рис. 4). Анализ спектров люминесценции позволил констатировать факт изоморфного вхождения имплантированных ионов разновалентного хрома в структуру оливина непосредственно в процессе высокодозной ионной имплантации. Причем, изоморфизм в данном случае осуществляется как по изо-, так и по гетеровалентной схемам (Сг ¡у—» Сг VI —» VI соответственно).

Весьма интересным представляется поведение имплантированных ионов хрома в процессе постимплантационной термической обработки. В табл. 1. приведены данные об интенсивности линий излучения тех или иных оптически-активных центров ионов хрома как после имплантации, так и после термического отжига облученных образцов форстерита.

г 1 Г X 1 Mg2SiO(:Cr a.ex=450nm Cr3+(M1) 2 Us Mg2SiO(:C. ¿ГШ яех=450пгг Г jmCrJ*(M2) "Г....... 3 - 1 — ■.■• !• Mg2Si04:Cr ,a.ex=450nm Cr"

R-линия /

/ i.i.« > i .. .

690 700 710 720 BOO 900 1000 1 100 1089 1092 1095

X, nm

Рис. 4. Спектры люминесценции форстерита Мд^рЮ.)], имплантированного ионами хрома, записанные при температуре 4,2 К: (I) - Сг3+ в позиции М1, (2) - Сг3+ в позиции М2, (3) - Сг,+ в тетраэдрической позиции

Таблица 1

Интенсивность люминесценции ионов Сг3+ в октаэдрических позициях М1, М2 и ионов Сг4+ в тетраэдрической позиции структуры форстерита, имплантированного ионами хрома и отожженного при Т = 450° С

Режимы Cr3V;(Ml) Интенсивность люминесценции counts/sec Cr3+vi(M2) Интенсивность люминесценции counts/sec Cr4+iv Интенсивность люминесценции counts/sec

После имплантации 600 800 410

После отжига 1800 1300 540

Анализ таблицы позволяет сделать вывод об определенной селективности процесса перераспределения имплантированного элемента по различным структурным позициям минерала. Существенное различие в величинах ЭСКП объясняет факт преимущественного заполнения в процессе

имплантации и отжига наиболее низкосимметричных, триклинно искаженных октаэдров М1 (С,) структуры облученного ионами Сг+ форстерита.

3.2. Берилл. Проведена имплантация ускоренных до энергии 40 кэВ однозарядных ионов железа и ванадия в кристаллические пластины природного, бесцветного берилла - гошенита. Режимы: остаточный вакуум ¡О"5 горр, доза облучения от 0,5 х 1017 до 2,0 х 1017 нон/см2 при постоянной плотности ионного тока равной 10 мкА/см2. Постимплантационная обработка имплантированных препаратов изменила окраску берилла на золотистую (Ре4) и зеленую (V4).

Изучение золотисто-желтых бериллов, имплантированных ионами железа методами адсорбционной оптической спектроскопии позволило выявить изоморфное вхождение имплантированных ионов железа как в октаэдрические, так и в тетраэдрические позиции структуры минерала. Запись и интерпретация Мессбауэровских спектров исследуемых бериллов после имплантации и после отжига позволили подтвердить данный вывод.

Анализ оптических спектров поглощения (рис. 5) зеленых бериллов (имплантация ионов ванадия) позволил выявить ряд характеристичных полос поглощения при 425, 580, 770 нм.

Данные полосы поглощения объясняются электронными переходами 3Т,8(3Р) -> 3Т14(3р) и 3Т]е(3Р) -> 3Т:!,(3Р) в ионах а также образованием комплекса ванадила (УСЬ), что хорошо согласуется с интерпретацией оптических спектров поглощения природных, безхромистых изумрудов месторождений Бразилии и Пакистана, а также продуктов гидротермального синтеза бериллов, основанного на ванадийсодержащей шихте. Изучение данных бериллов методом ЭПР позволило подтвердить наличие в сгрукгуре имплантированной матрицы ионов V4' .

Рис. 5. Оптические спектры поглощения берилла: А - исходный, бесцветный образец до имплантации и отжига, Б - зеленый образец после имплантации ионами ванадия и отжига

3.3. Адуляр. При аналогичных режимах была проведена ионно-лучевая обработка пластин полупрозрачного природного адуляра потоком высокоэнергетичных ионов Мп+, V* и Со+. После отжига наблюдалось радикальное изменение колориметрических параметров образцов, в частности окраска соответственно стала розовой, желтой и коричневой. Комплексное физико-химическое изучение имлантированных и отожженных образцов адуляра методами ЭДРА и ДТМА позволило выявить в имплантированных матрицах ультрадисперсных окисных коагулятов перечисленных элементов. Методами адсорбционной, люминесцентной и ЭПР-спектроскопии изоморфных замещений в структуре облученных адуляров выявлено не было. Это позволило сделать вывод об аплохроматической природе новонаведенной окраски образцов адуляров.

Таким образом, материалы изложенные в Гл. 3 диссертации позволили подтвердить и дополнить ранее сформулированные в Гл. 2 защищаемые положения.

Глава 4. ОБЩИЕ КРИСТАЛЛОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ИМПЛАНТАНТОВ

4.1. Локализация ионов имплантированных химических элементов в пространстве кристаллических структур минералов и их синтетических аналогов.

Раздел посвящен анализу локализации и распределения ионов имплантированных химических элементов группы железа в пространстве кристаллических структур описываемых минералов. Для теоретического анализа радиационного повреждения облученных имплантацией матриц используют моделирование движения быстрых частиц в твердых телах методом Монте-Карло. Этот подход реализован и широко применяется в ряде компьютерных программ, среди которых наиболее корректной является программа SRIM (The Stopping and Range of Ions in Solids). Различные модификации этой программы позволяют рассчитывать распределение атомов, выбитых со своих структурных позиций, т.е. междоузлий и вакансий, а также с большой долей вероятности оценивать объемное распределение имплантируемых ионов в пространстве структуры облучаемой матрицы. В рамках математического формализма названных программ предполагается, что распределение имплантированной примеси по глубине в твердых телах имеет обычно Гауссову форму, где величина среднего пробега иона (Rp) и величина стандартного отклонения от среднего пробега (ARP) определяются как энергией и атомной массой внедряемых ионов, так и структурой самой облучаемой подложки. Рис. 6 и 7 являются примером подобного моделирования.

Несомненным достоинством программных средств SRIM является возможность дискретного компьютерного моделирования по времени, температурному воздействию и т.п. На рис. 8. показано изменение глубины распределения ионов ванадия, имплантированных вдоль

кристаллографической оси С структуры природного бесцветного берилла (гл. 3 диссертации), в зависимости от температуры отжига образцов.

Рис. 6. Профили распределения ионов Рис. 7. Профили распределения ионов

кобальта с энергией 40 кэВ в образце марганца с энергией 40 кэВ в образце

синтетич. корунда: (АЬпрофиль, синтетич. рутила: (А)-ггрофиль,

рассчитанный с использованием алгоритма рассчитанный с помощью пакета ЭШМ-

8К1М-2000, (Б)-соответствующий профилю 2003; (В)-соответствующ1ш профилю

модельный Гауссиан с параметрами Яр=21 молельный Гауссиан с параметрами Кр=23,5

им и ДГЦ,=7,5 нм нм и АЯр^9,7 нм

3x10-' -2х10'; ■ 1x10" -О.

• 8тМ-2008 (расчет) | -Гауссиан с р =31 5 нм и \Р) = 11нм ]

---отжиг при Тв—300 "С )

........ отжиг при Т,=450 °С I

50 100 150 200

Расстояние от поверхности (нм)

260

Рис. 8. Глубинные профили концентрации имплантированных ионов ванадия в кристаллическую структуру природного берилла: сплошная линия - после этапа собственно имплантации, до отжига; штрихпунктирная и точечная линии - в динамике температурного воздействия

Теоретические профили распределения имеют определенную погрешность, хотя в целом обнаруживают удовлетворительное совпадение с экспериментальными исследованиями на глубину 100 нм (рис. 9).

Depth (nm)

Рис. 9. Глубинные профили распределения ионов железа, имплантированных в берилл с энергией 40 кэВ и дозой 1,5 х 101 ион/см2', тонкая линия-теоретический SRlM-ирофиль, толстая линия с точечными маркерами - экспериментальный RBS-профиль

Таким образом, использование в диссертационном исследовании компьютерного моделирования и контролирующее экспериментальное изучение методами ЭДРА и RBS глубины проникновения имплантированных ионов позволило сформулировать третье защищаемое положение.

В конечном виде механизмы и кинетика вхождения имплантанта могут быть сведены к графической схеме, представленной на рис. 10.

Процесс собственно ионной имплантации (А) заканчивается этапом принудительного внедрения атомов (Б) с частичной аморфизацией и дезинтеграцией приповерхностных зон облучаемой матрицы. Некогерентное состояние имплантанта к структуре мишени отражено интерстициальным расположением атомов первого по отношению к плоским сеткам облученной матрицы. Этот период представляет собой неустойчивую фазу самостоятельного «металлического» состояния имплантированной примеси в структуре исходной матрицы.

! ! 1 I 1 I I 1 1

о о о о о о о о о о оооооооооо о о о о о о о о о о О О О О О О О О О О А

О ^ - _

ОООООООООО

ООООООООООб

оооооооооо 0©0©000©00 00©000®0©0 ООООООООООв

оооооооооо

ООООООООООг

ОООООООООО

ОООООООООО о © о © о @ о ©о

ООООООООО-О

ООООООООООд

Рис. 10. Схема локализации имплантированных ионов а матрице мишени

Пункт «В» предполагает изоморфные замещения и структурное нахождение имплантированных ионов на месте исходных атомов структуры мишени (твердые растворы замещения), а также вхождение внедряемых

ионов в межузельные, интерстициальные позиции (твердые растворы внедрения). Баланс зарядов облученной кристаллической структуры на данном этапе термической обработки может быть скомпенсирован не полной раскристаллизацией аморфизованного ранее приповерхностного слоя матрицы, и наличием в пределах этого слоя точечных вакантных дефектов (механизм твердых растворов вычитания). Пункт «Г» показывает преципитацию ранее имплантированных ионов с конечным образованием наноразмерных коагулятов, представляющих собой оксидные самостоятельные фазы. Экспериментальными примерами подобного рода являются описанные в диссертации новообразованные фазы гематита (Ре203) в кварце, корунде, или фазы курнакит-гаусманита (МП2О3-МП3О4) в кварце, оливине и др., Изображение под пунктом «Д» - есть наиболее сложный случай формирования (самопроизвольного синтеза) в пределах кристаллической структуры мишени самостоятельных фаз, в образовании которых кроме атомов-имплантантов и кислорода принимают участие и другие атомы исходной кристаллической матрицы. Данный механизм также проиллюстрирован экспериментально в предлагаемой диссертационной работе на ряде означенных минералов или их синтетических аналогов и касается образования в матрице мишени самостоятельных шпинелеподобных фаз. Наглядными примерами подобного рода может служить кобальтовая или марганцевая шпинель (СоА1204 или МпА1204 соответственно) в корунде, кобальт-титановый шпинелид (Со"П204) в рутиле и т.п. В данном случае представляется возможным говорить о несомненной закономерности расположения, а следовательно, об определенной когерентности новообразованных, синтезируемых фаз по отношению к кристаллической структуре облучаемой имплантацией матрицы. При всем этом не вызывает сомнения, что в конечном виде могут быть реализованы и зачастую реализуются все вышеописанные механизмы, а конечным результатом является суперпозиция всех описанных схем вхождения имплантанта в

структуру обрабатываемой мишени. В любом из приведенных на рис. 4.13. случаях, локализация имплантированных в структуру минералов ионов осуществляется в приповерхностном слое, в узком интервале, до глубин порядка 100 нм от облучаемой поверхности образца, что подтверждает третье защищаемое положение диссертации.

4.2. Нанотехнологические аспекты ионно-лучевой обработки минеральных веществ.

В настоящее время наметилась устойчивая тенденция к нанотехнологическим исследованиям в самых различных отраслях, а также к форсированному внедрению микро- и нанотехнологий в производство реальных товаров. На основании фундаментальных работ Н.П.Юшкина, М.И.Самойловича, А.М.Асхабова, ВЛ.Таусона и многих других исследователей на сегодняшний день сформулированы основные положения наноминералогии. В этом отношении физика минералов, к области которой относится тематика предлагаемой диссертационной работы, давно определила свое место и предназначение в области нанотехнологических исследований.

С точки зрения нанотехнологической модификации квантово-оптических и колориметрических (окраски) свойств минералов и их синтетических аналогов, высокодозная ионная имплантация и постимплаитационный отжиг практически всегда приводят к изменению цветности исходных матриц. Этот тезис подтвержден экспериментально на примере всех обработанных минеральных матриц, описанных в гл. 2 и 3 диссертационной работы. В сводной табл. 2. приведены дозы имплантации и режимы термического отжига, оптимальные для изменения цветности исходных, неокрашенных образцов минералов и (или) их синтетических аналогов.

Таблица 2

Сводная таблица исходных, бесцветных минеральных матриц, имплантированных элементами группы железа с указанием режимов постимпланташшнной термической обработки и наведенной окраски

Минерал (или синтетич. аналог) Химический элемент Доза облучения (ион/см2) Режим термического отжига Цвет имплантанта

Кварц 5 Юг Fe* MtT 1,0-2,5 x 10" 1,0-2.5 x 1017 800- 1000° С 800- 1000° С желтый розовый

Корунд А1203 Со* Мп* 1,5 x 10" 1,5 x 10" 900-970° С 800 -950° С голубой розовый

Рутил ТЮ2 Со" Fe* МгГ 0,1-2,0 x 10" 950-С 500° С 950° С зеленый желтый оранжевый

Оливин МЫ5Ю<1 Mn+ Cr+ 0,5-2,0 x 10" 1,5 x 1017 500° С 800-950" С розовый бесцветный

Перилл Ве^АЬРШ,»] FeT V* 0,5-2,0 x 10" 1,5 x 1017 400-600° С 500° С желтый зеленый

Адуляр (К^аНА^зОц] Mn+ V* Co+ 1,0-1,5 x 10" 1,5 x 1017 1,0 x 1017 400-500° С розовый желтый коричневый

Примечание: Время отжига перечисленных в таблице минеральных матриц от 30 до 120

минут

Анализ табл. 2 с учетом экспериментальных результатов, изложенных в предыдущих главах диссертации, позволил сформулировать четвертое защищаемое положение.

Все вышеизложенное свидетельствует о том, что именно термодиффузионные процессы в конечном виде определяют внешние цветовые характеристики результирующего продукта В зависимости от перечисленных внешних и внутренних причин, интенсивная диффузия атомов сопровождается исчезновением ранее возникших при ионном облучении менее устойчивых наноразмерных минеральных фаз и формированием новых, более устойчивых минеральных фаз. Характер данных новых фаз определяется: 1) качественным набором и количественным соотношением имплантированных атомов и атомов мишени в облучаемой области исходной матрицы; 2) величинами отношений размеров ионных радиусов анион/катион элементов, что определяет в

соответствии с правилом Магнуса - Гольдшмидта характер полиэдров и возможность их структурного сочленения друг с другом; 3) удовлетворительным соотношением структурных метрических параметров исходной фазы и потенциально возможной новообразованной фазы, допускающим эпитаксиальный рост новообразований внутри замкнутого объема рекристаллизующейся исходной матрицы. Направления оптимальных соотношений метрических параметров определяют ориентировку структуры новой фазы в пространстве кристаллической структуры исходной матрицы. Не вызывает сомнения, что на характер образующихся при отжиге минеральных фаз весьма существенно влияет среда отжига: окислительная, восстановительная или нейтральная.

Следует отметить, что избытки внедренной имплантируемой примеси во всех случаях лишь частично диффундируют внутрь пространства кристалла, большая их часть выходит на поверхность и теряется. По современным литературным данным, количество «теряемой» примеси определяется в широких пределах от 20 до 80 %, в отдельных случаях (форсированный отжиг, канальная структура матрицы и т.п.) это количество может достигать 100 %.

С позиций термодинамики всю совокупность физико-химических процессов, связанных с имппэнтацией и сопутствующие ей явления качественно можно представить следующим образом. В процессе высокодозной ионной имплантации и быстрой аморфизации облучаемого вещества возрастает его внутренняя энергия. С целью ее уменьшения в условиях ограниченной диффузии происходит рост в аморфизованной области новых наноразмерных минеральных фаз (металлы или простые оксиды имплантированных химических элементов). Этому способствуют возникающие при имплантировании локальные восстановительные или окислительные обстановки. Образование данных фаз замедляет рост внутренней энергии имплантируемой матрицы, однако энергия продолжает

повышаться еще и по причине наноразмерности образующихся фаз вследствие большой поверхностной энергии межфазных границ. Постимплантационный отжиг образцов стимулирует существенное понижение внутренней энергии системы. Термическая стимуляция диффузии атомов и интенсивный тепломассоперенос, отжиг дефектов приводят к рекристаллизации аморфизованной части облученной матрицы, появлению и самопроизвольному росту в ней включений новых, более когерентных и более крупных по размерам минеральных фаз с более низкой энергией Гиббса, приведенной к мольному объему исходной матрицы. Менее когерентные наноразмерные минеральные фазы, с большей энергией Гиббса, возникшие в процессе собственно имплантации, рассасываясь по структуре, при этом исчезают. Именно на этой стадии могут возникать более сложные минеральные фазы с малой энергией Гиббса, охватывающие все элементы аморфизованной области мишени, к примеру, описанные в гл. 2 диссертации, кобальтсодержащие шпинелиды в имплантированных кобальтом корундах и рутилах. Все новообразованные при имплантации и последующем отжиге минеральные фазы являются метастабильными. Поэтому варьирование режимов имплантации и отжига открывает определенные перспективы получения с помощью данных методик трудно синтезируемых кристаллов и композитных материалов, сочетающих в себе несовместимые на первый взгляд свойства.

На стадии постимплантационнного термического отжига в сравнении со стадией собственно имплантации более интенсивно проявляются изоморфные замещения ионов исходной матрицы имплантированными ионами. Однако, доля изоморфных имплантированных атомов в кристаллической структуре мишени ничтожно мала в сравнении с их количеством, вошедшим в состав новообразованных фаз. По этой причине, возникающая окраска при имплантации и отжиге бесцветных минеральных кристаллических матриц является зачастую аллохроматической, т.е.

обусловленной цветовыми характеристиками чужеродной новообразованной минеральной фазы. Данное явление открывает возможность получения новых ювелирно-поделочных камней с аллохроматической окраской. При всем этом определенную, значительную лепту в колориметрические свойства облученных и отожженных минеральных матриц вносят и хромофорные химические элементы переходных групп (в данном случае - элементы группы железа), имплантированные атомы которых изоморфно занимают в структуре исходной матрицы те или иные позиции. В этом отношении не следует не учитывать идиохроматической составляющей в природе окраски имплантантов. Прогнозированное комбинирование идиохроматической и аллохроматической компонент расширяет диапазон получения ювелирно-поделочных камней нового класса - имплантантов. Среда отжига имплантированных кристаллов минеральных матриц (окислительная в воздушной атмосфере, восстановительная в атмосфере водорода, нейтральная в атмосфере инертных газов и т.п.), вариации ее термодинамических параметров и длительность временного воздействия могут выступать дополнительными регулирующими факторами принудительного, имплантационного окрашивания минералов и их синтетических аналогов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты проведенных исследований заключаются в следующем.

1. Впервые проведено систематическое имплантирование ионов элементов группы железа (Fe, Mn, Со, Cr, V) в кристаллические матрицы оксидных (кварц, корунд, рутил) и силикатных (оливин, берилл, адуляр) минералов. Всего в процессе работы проведено более 180 циклов ионной имплантации с использованием более двух сотен образцов минералов, либо их

синтетических аналогов. Проведена постимплантационная термическая обработка всех имплантированных объектов.

2. Экспериментально выявлены режимы имплантации (напряжение и плотность ионного тока, дозы облучения) и постимплантационного отжига (температура, время), оптимальные для модификации колориметрических и иных свойств облученных минеральных матриц.

3. С использованием комплекса современных методов физики твердого тела, как то, оптической, гамма-резонансной, ИЗБ- и радиоспектроскопии, рентгендифрактометрического, дифференциального термомагнитного и микрозондового анализа, экспериментально изучены кристаллохимические особенности минералов - имплантантов.

4. Выполнено систематическое экспериментальное исследование кристаллохимической информативности различных оптически-активных центров, проявляющихся в оптических спектрах поглощения минеральных матриц, подвергнутых ионно-лучевой обработке (собственно имплантации) и постнмплантационнному термическому отжигу.

5. На примере оксидов (кварца, корунда) и силикатов (оливина, адуляра) доказано формирование в процессе имплантации и отжига самостоятельных ультрадисперсных оксидных фаз, относящихся к структурному типу гематит-курнакита, образующихся в процессе ионно-лучевой обработки и отжига, и расположенных в приповерхностных зонах облучаемой матрицы.

6. Впервые на примере имплантационно обработанных корунда и рутила доказано формирование в процессе имплантации и отжига самостоятельных фаз со структурой шпинели, закономерно ориентированных в магрицах облучаемой мишени. Химический состав новообразованных шпинелидов представляет собой комбинацию видообразующих элементов исходной минеральной матрицы и имплантированных ионов элементов группы железа.

7. Экспериментально выявлено изоморфное вхождение ионов имплантированных химических элементов в кристаллическую структуру

всех обработанных образцов минералов и их синтетических аналогов. Изучен изоморфизм, реализуемый как по изо-, так и по гетеровалентному механизму в различных структурных позициях имплантированных минералов. К примеру: Ре3'1У —> БГ^гг в кварце, Мп',+у1 -* Т^'у! в рутиле, Сг3+У1 —► М£2\-1 в оливине, У3\, —► А13'у1 в берилле, и т.п.

8. На примере синтетического форстерита, имплантированного ионами хрома, с использованием методики прецизионной люминесцентной спектроскопии низких температур (4,2 К), впервые выявлен факт селективного изоморфного вхождения ионов Сг3+ в триклинно искаженные (СО октаэдрические (М1) позиции кристаллической структуры минерала.

9. Рассчитаны глубинные профили распределения имплантированных ионов в матрицах облучаемых мишеней (БШМ-формализм) оксидных и силикатных минералов, экспериментально уточненные с помощью методик ШЗЗ-спектроскопии и ЭДРА-микроанализа. Выявлена преимущественная глубина локализации имплантанта в приповерхностных зонах матриц до 100 нм.

10. Предложены и рассмотрены различные механизмы локализации имплантированных ионов группы железа в пространстве кристаллических структур минералов или их синтетических аналогов, включающие изоморфизм, образование простых оксидных нанопрецшштатов и сложных шпинелеподобных фаз комбинированного состава.

11. На примере химических элементов группы железа экспериментально доказана возможность использования и применения методик высокодозной ионной имплантации переходных химических элементов в геммологической практике облагораживания ювелирно-поделочного сырья. Получены имплантанты - аналоги рубина (розовый корунд, имплантированный ионами Мп+), сапфира (голубой корунд, имплантированный ионами Со*), изумруда (зеленый берилл, имплантированный ионами V") и другие окрашенные

имплантацией ювелирные камни. Начаты работы по имплантационной модификации колориметрических и квантово-оптических свойств алмаза. 12. Методами адсорбционной оптической спектроскопии изучена природа окраски всех описанных в диссертации минералов-имплантантов. Доказано совокупное действие на природу окраски как идио-, так и аллохроматической составляющих. Доказана стойкость наведенной окраски, ее устойчивость к внешнему воздействию, высокодекоративные свойства, экологическая чистота.

В целом в результате диссертационного исследования сформулированы, обоснованы и доказаны основные научные положения, в совокупности представляющие собой теоретическое обобщение и решение на новом качественном уровне проблемы познания природы и модификации естественных и искусственных минеральных объектов с помощью нового для геологических изысканий метода - высокодозной ионной имплантации. Применение ионно-лучевых технологий не ограничивается перечисленными в диссертациями возможностями и, несомненно, может быть существенно расширено в дальнейшем. Значение проведенных в диссертации работ заключается в расширении использования минералов-имплантантов в различных отраслях промышленности и хозяйства. Представляется возможным надеяться, что в ближайшем обозримом будущем минералы с модифицированными ионно-лучевой обработкой свойствами займут достойное место в практике геолого-минералогических и технологических, работ.

Основные публикации по теме диссертации

1. Бахтин А.И., Лопатин О.Н., Денисов И.Г., Быков A.B. Электронные оптические спектры ионов хрома в синтетическом форстерите // Спектроскопия, кристаллохимия и реальная структура минералов и их аналогов. - Казань; Изд-во Казанск. Ун-та, - 1990. - С. 62-68.

2. Коноваленко С.И., Бахтин А.И., Лопатин О.Н. Природа окраски цветных и полихромных турмалинов из миароловых пегматитов Юго-западного Памира// Минералогический журнал. - 1991. - Т. 13, № 13. - С. 54-62.

3. Анкинович Е.А., Бахтин А.И., Бекенова Г.К., Компанейцев В.П., Лопатин О.Н., Котельников П.Е. Новая V4+-Ba разновидность фенгита // ЗВМО,- 1992.-№6.-С. 63-71.

4. Вотяков С.Л., Чащухин И.С., Быков В.Н., Бахтин А.И., Миронов А.Б., Лопатин О.Н., Пальгуева Г.П. Кристаллохимия ионов железа в минералах ультрабазитов в связи с их серпентинизацией. - Екатеринбург. - 1992. - 64 с.

5. Бахтин А.И., Лопатин О.Н., Денисов И.Г., Грицков Е.Д., Булыкин Л.Д., Золоев К.К., Попов Б.А. Высокотемпературные преобразования алытинотипных гипербазитов Урала по данным оптико-спектроскопического микрозондирования // Бюлл. МОИП. - 1993. - Т. 68, Вып. 1. - С. 108-115.

6. Бахтин А.И., Лопатин О.Н., Денисов И.Г., Грицков Е.Д., Булыкин Л.Д., Золоев К.К., Попов Б.А., Алешин Б.М. Зональность оливинов из дунитов в альпинотипных гипербазитах Урала// Геохимия. - 1993. - № 4. - С. 590-595.

7. Бахтин А.И., Лопатин О.Н., Денисов И.Г. Кристаллохимические особенности природных оливинов по люминесцентным данным // Геохимия. - 1995. - № 7. - С. 967-974.

8. Бахтин А.И., Денисов И.Г., Лопатин О.Н. Фотолюминесценция дырочных центров в кристаллах оливина // Оптика и спектроскопия. - 1995. -Т. 79, № 5. - С. 773-777.

9. Полтавец Ю.А., Бахтин А.И., Полтавец З.И., Лопатин О.Н. Гранаты как индикатор физико-химических условий образования скарново-магнетитовых месторождений // Геология рудных месторождений. - 1996. - Т. 38, № 2. - С. 186-193.

10. Бахтин А.И., Денисов И.Г., Лопатин О.Н. Особенности кристаллохимического строения природных оливинов // Кристаллография. -1996.-Т. 41,№6.-С. 1041-1043.

11. Бахтин А.И., Лопатин О.Н., Денисов И.Г., Золоев К.К., Булыкин Л.Д. Кристаллохимия силикатов альпинотипных гипербазитов Урала и поисковые критерии хромитового оруденения. - Казань; Изд-во Казанск. Ун-та. - 1997. -100 с.

12. Бахтин А.И., Денисов И.Г., Лопатин О.Н. Возможности современной оптической спектроскопии в исследовании минералов // Спектроскопия, рентгенография и кристаллохимия минералов. - Казань; Изд-во Казанск. Унта,- 1997.-С. 11-30.

13. Лопатин О.Н., Бахтин А.И. К вопросу об облагораживании природных сапфиров // Спектроскопия, рентгенография и кристаллохимия минералов. -Казань; Изд-во Казанск. Ун-та. - 1997. - С. 155-156.

14. Бахтин А.И., Лопатин О.Н., Конев A.A. Природа окраски нефритов Сибири // Изв. ВУЗов. Геология и разведка. - 1997. - № 6. - С. 145-147.

15. Лопатин О.Н., Бахтин А.И., Байталов А.Ш. Термическое облагораживание демантоида // Изв. ВУЗов. Геология и разведка. - 1999. - № 4.-С. 166-168.

16. Лопатин О.Н. Геммология - наука о самоцветах // СОЖ. - 1999. - № 5. -С. 74-77.

17. Хайбуллин Р.И., Вагизов Ф.Г., Лопатин О.Н., Бахтин А.И., Хайбуллин И.Б. Мессбауэровская спектроскопия природных бериллов, имплантированных ионами железа // Тезисы докл. Междунар. Конф. «Эффект Мессбауэра: магнетизм, материаловедение, гамма-оптика». -Казань. - 2000. - С. 146.

18. Khaibullin R.I., Lopatin O.N., Vagizov F.G., Bakhtin А.1., Khaibullin I.B. Optical and Mossbauer investigations of iron ion-irradiated natural beryl // Abstracts I Eurasia Conference on nuclear science and its application. - Aneara, Turkey.-2000.-P. 210-211.

19. Лопатин O.H., Хайбуллин Р.И., Бахтин А.И., Хайбуллин И.Б. Ионная имплантация в кристаллические структуры самоцветов // Тезисы докл. V Междунар. Конф. «Новые идеи в науках о Земле». - Москва. - 2001. - С. 112.

20. Khaibullin R.Í., Lopatin O.N., Vagizov F.G., Bakhtin АЛ., Khaibullin I.B. Optical and Mossbauer investigations of iron ion-irradiated natural beryl // Proceeding of I Eurasia Conference on nuclear science and its application. -Turkey.-2001.-P. 999-1005.

21. Лопатин О.Н., Хайбуллин Р.И., Вагизов Ф.Г., Базаров В.В., Бахтин А.И., Хайбуллин И.Б. Имплантация ионов железа в кристаллическую структуру природного берилла//ЗВМО. - 2001. - № 4. - С. 122-127.

22. Лопатин О.Н., Хайбуллин Р.И., Бахтин А.И., Хайбуллин И.Б. Кристаллохимия минералов, имплантированных элементами группы железа // Тезисы докл. Междунар. Конф. «Кристаллогенезис и минералогия». - С-Петербург. - 2001. - С. 231.

23. Лопатин О.Н., Хайбуллин Р.И., Ибрагимов Ш.З., Бахтин А.И., Хайбуллин И.Б. Имплантация ионов железа в кристаллическую структуру природного кварца // Материалы III Междунар. Минералогического Семинара «Новые идеи и концепции в минералогии». - Сыктывкар. - 2002. -С. 73-74.

24. Лопатин О.Н., Хайбуллин Р.И., Бахтин А.И., Хайбуллин И.Б. Ионная имплантация - способ облагораживания самоцветов // Минералогические музеи. - С-Пегербург. - 2002. - С. 325-326.

25. Khaibullin R.I., Lopatin O.N., Rameev B.Z., Bazarov V.V., Vildiz F., Khaibullin I.B., Bakhtin A.I., Aktas B. Optical and EPR studies of blue sapphire coloured by cobalt ion implantation // Abstracts of IV International Symposium on Ion implantation and other application of ions and electrons. - Kazimierz Dolny, Poland. - 2002. - P. 49.

26. Khaibullin R.I., Lopatin O.N., Vagizov F.G., Bazarov V.V., Bakhtin A.I., Khaibullin I.B., Aktas B. Coloration of natural ben,'I by iron ion implantation // Abstracts of International Conference Center Kobe IBMM. - Kobe, Japan. - 2002. -P. 74-75.

27. Хайбуллин Р.И., Лопатин O.H., Вагизов Ф.Г., Базаров В.В., Бахтин А.И., Хайбуллин И.Б. Окрашивание природных кристаллов берилла путем имплантации ионов железа // Тезисы докл. VI Всероссийск. Семинара «Физические и физико-химические основы ионной имплантации». - Ниж. Новгород. - 2002. - С. 45.

28. Лопатин О.Н., Хайбуллин Р.И., Рамеев Б.З., Королев Э.А., Базаров В.В., Бахтин А.И., Хайбуллин И.Б. Структурные, оптические и ЭПР-исследования голубого корунда, окрашенного имплантацией ионов кобальта // Тезисы докл. VI Всероссийск. Семинара «Физические и физико-химические основы ионной имплантации». - Ниж. Новгород. - 2002. - С. 100.

29. Лопатин О.Н., Хайбуллин Р.И., Ибрагимов Ш.З., Бахтин А.И., Хайбуллин И.Б. Имплантация ионов железа в кристаллическую структуру природного кварца // Изв. ВУЗов. Геология и разведка. - 2002. - № 6. - С. 3541.

30. Khaibullin R.I., Lopatin O.N., Vagizov F.G., Bazarov V.V., Bakhtin A.I., Khaibullin I.B., Aktas B. Coloration of natural béryl by iron ion implantation // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. - 2003. - В 206. - P. 277281.

31. Лопатин O.H., Хайбуллин Р.И., Бахтин А.И., Хайбуллин И.Б. Имплантация элементов группы железа в кристаллические структуры минералов // Материалы IV Всероссийск. Совещания «Минералогия Урала -2003». - Т. 2. -Миасс. - 2003. - С. 239-241.

32. Лопатин О.Н., Бахтин А.И., Королев Э.А., Хайбуллин Р.И., Хайбуллин И.Б. Кристаллохимия корунда, имплантированного ионами кобальта II Материалы XV Междунар. Совещания «Рентгенография и кристаллохимия минералов». - С-Петербург. - 2003. - С. 178-179.

33. Лопатин О.Н., Хайбуллин Р.И., Бахтин А.И., Хайбуллин И.Б. Окрашивание природных самоцветов и их синтетических аналогов методами ионной имплантации II Минералогия, геммология, искусство. - С-Петербург. -2003.-С.42-43.

34. Хайбуллин Р.И., Лопатин О.Н., Рамеев Б.З., Королев Э.А., Мустафин Р., Бахтин А.И., Хайбуллин И.Б. Структурные, оптические и ЭПР-исследования голубого корунда, окрашенного имплантацией ионов кобальта // Материалы V Междунар. Конф. «Взаимодействие излучений с твердым телом». - Минск, Белоруссия. - 2003. - С. 203-206.

35. Khaibullin R.I., Faizrakhmanov I.A., Bazarov V.V., Khaibullin I.B., Tagirov L.R., Ibragimov Sh.Z., Lopatin O.N., Bakhtin A.I., Rameev B.Z., Vildiz F., Okutan M., Aktas B. Magnetic properties of Co-implanted rutile Ti02 // Proceeding of V International Conférence "ION 2004". - Kazimierz Dolny, Poland. - 2004. - P. 104.

36. Щербаков В.Д., Хайбуллин P.И., Базаров B.B., Лопатин О.Н., Бахтин А.И. Фотолюминесценция природного кварца, имплантированного ионами железа // Материалы Междунар. Семинара «Кварц, кремнезем». -Сыктывкар. - 2004. - С. 35-36.

37. Лопатин О.Н., Хайбуллин Р.И., Ибрагимов Ш.З., Бахтин А.И., Хайбуллин И.Б. Кристаллохимические особенности кварца, имплантированного ионами марганца // Материалы Между нар. Семинара «Кварц, кремнезем». - Сыктывкар. - 2004. - С. 261-262.

38. Лопатин О.Н., Хайбуллин Р.И., Бахтин А.И., Хайбуллин И.Б. Кристаллохимия минералов, модифицированных высокодозной ионной имплантацией // Материалы X Съезда ВМО. - С-Петербург. - 2004. - С. 95-96.

39. Хайбуллин Р.И., Фаизрахманов И.А., Базаров В.В., Осин Ю.Н., Хайбуллин И.Б., Тагиров Л.Р., Ибрагимов Ш.З., Лопатин О.Н., Бахтин А.И., Rameev B.Z., Mustafin R.M., Vildiz F., Okutan M., Aktas В. К вопросу о природе ферромагнетизма в рутиле ТЮ2, легированном примесью кобальта // Материалы VII Всероссийск. Семинара «Физические и физико-химические основы ионной имплантации». - Ниж. Новгород. - 2004. - С. 36-37.

40. Лопатин О.Н., Хайбуллин Р.И., Бахтин А.И., Хайбуллин И.Б. Ионная имплантация - продуктивный способ облагораживания самоцветов // Материалы Чтений, посвященных 200-летию геологического музея КГУ. -Казань. - 2004. - С. 102-104.

41. Лопатин О.Н., Хайбуллин Р.И., Королев Э.А., Бахтин А.И., Хайбуллин И.Б. Окрашивание синтетического рутила методом высокодозной ионной имплантации // Материалы VII Междунар. Конф. «Новые идеи в науках о Земле», Т. 2. - Москва. - 2005. - С. 43.

42. Лопатин О.Н., Хайбуллин Р.И., Бахтин А.И., Хайбуллин И.Б. Петрологические аспекты ионной имплантации в кристаллические структуры минералов // Материалы Междунар. Семинара «Петрография XXI века», Т. 4. - Апатиты. - 2005. - С. 158-159.

43. Бахтин А.И., Хайбуллин Р.И., Лопатин О.Н., Хайбуллин И.Б. Ионная имплантация и ее возможности в кристаллохимии и геммологии // Спектроскопия, рентгенография и кристаллохимия минералов. - Казань. -2005. - С. 25-28.

44. Лопатин О.Н., Хайбуллин Р.И., Королев Э.А., Бахтин А.И., Хайбуллин И.Б. Кристаллохимия корунда, имплантированного ионами кобальта // Спектроскопия, рентгенография и кристаллохимия минералов. - Казань. -2005.-С. 136-138.

45. Лопатин О.Н., Хайбуллин Р.И., Бахтин А.И., Хайбуллин И.Б. Высокодозная ионная имплантация в геммологической практике

облагораживания ювелирно-поделочного сырья // Спектроскопия, рентгенография и кристаллохимия минералов. - Казань. - 2005. - С. 139-141.

46. Лопатин О.Н., Хайбуллин Р.И., Королев Э.А., Бахтин А.И., Хайбуллин И.Б. Имплантация ионов марганца в кристаллическую структуру синтетического корунда // Изв. ВУЗов. Геология и разведка. - 2005. - № 3. - С. 17-19.

47. Трошина Ю.И., Хайбуллин Р.И., Базаров В.В., Гатиятов Р.Г., Лопатин О.Н., Бахтин А.И., Хайбуллин И.Б. Оптические свойства и кристаллохимия рутила (ТЮ2), имплантированного ионами кобальта, марганца и железа // Материалы VI Междунар. Конф. «Взаимодействие излучений с твердым телом». - Минск, Белоруссия. - 2005. - С. 267-269.

48. Лопатин О.Н., Хайбуллин Р.И., Королев Э.А., Бахтин А.И., Хайбуллин И.Б. Кристаллохимия корунда, имплантированного ионами кобальта // Ученые записки Казанского государственного университета. - 2005. - Т. 147, Кн. 3. - С. 65-72.

49. Трошина Ю.И., Хайбуллин Р.И., Базаров В.В., Гатиятов Р.Г., Лопатин О.Н., Бахтин А.И., Хайбуллин И.Б. Окрашивание кристаллов рутила путем имплантации ионов марганца, железа и кобальта // Ученые записки Казанского государственного университета. - 2006. - Т. 148, Кн. 1. - С. 71-81.

50. KhaibuIIin R.I., Lopatin O.N., Bazarov V.V., Troshina J.I., Bahtin A.I., Rameev B.Z., Afctas В., Khaibullin I.B. Coloration of single crystal rutile by implantation with Со, Mn and Fe ions // Abstracts of 15 International Conférence «Ion Beam Modification of Materials». - Taormina, Italy. - 2006. - P. 165.

51. Хайбуллин Р.И., Лопатин O.H., Бахтин A.И., Хайбуллин И.Б. Геммологические аспекты ионной имплантации в минералы и их синтетические аналоги // Тезисы докладов I Всероссийск. Конфер. «Физические и физико-химические основы ионной имплантации». - Н. Новгород. - 2006. - С. 59-60.

52. Бахтин А.И., Лопатин О.Н., Хайбуллин Р.И., Хайбуллин И.Б. Оптические свойства и кристаллохимия синтетического рутила, имплантированного ионами кобальта // ЗРМО. - 2006. - № 6. - С. 79-88.

53. Лопатин О.Н., Хайбуллин Р.И., Бахтин А.И., Хайбуллин И.Б. Возможности ионной имплантации в геммологии // Ученые записки Казанского государственного университета. - 2006. - Т. 148, Кн. 4. - С. 105112.

54. Лопатин О.Н., Хайбуллин Р.И., Бахтин А.И., Хайбуллин И.Б. Ионная имплантация в кристаллические структуры минералов: возможности и перспективы // Материалы Междунар. Конфер. «Спектроскопия и кристаллохимия минералов 2007». - Екатеринбург. - 2007. - С. 63-64.

55. Лопатин О.Н., Кринари Г.А., Николаев А.Г. Кристаллохимические критерии минералов-спутников алмазов и использование их в поисковой геологии // Проблемы минералогии, петрографии и металлогении. Вып. 10. -Пермь. - 2007. - С. 14-21.

56. Лопатин О.Н., Хайбуллин Р.И., Бахтин А.И., Хайбуллин И.Б. Ионная имплантация в геммологии // Проблемы минералогии, петрографии и металлогении. Вып. 10. - Пермь. - 2007. - С. 75-79.

57. Лопатин О.Н., Кринари Г.А., Николаев А.Г. Типоморфизм минералов и поисковые признаки на алмазы Сюнподинской площади Якутии // Ученые записки Казанского Государственного Университета. - 2007. - Т. 149, Кн. I. -С. 131-139.

58. Бахтин А.И., Лопатин О.Н., Хайбуллин Р.И., Хайбуллин И.Б. Люминесценция синтетического рутила, имплантированного ионами кобальта // Кристаллография. - 2007. - Т. 52, № 5. - С. 910-914.

59. Bakhtin A.I., Lopatin O.N., Khaibullin R.I., Khaibullin l.B. Optical Properties and Crystal Chemistry of Synthetic Rutile Implanted with Cobalt Ions // Geology of Ore Deposits. - 2007. - V. 49, N 7. - P. 652-658.

60. Лопатин O.H-, Хайбуллин Р.И., Бахтин А.И., Нуриева Е.М. Основы нанотехнологии облагораживания самоцветов методом высокодозной ионной имплантации // Минералогические музеи. - С-Петербург. - 2008. - С. 117-119.

61. Лопатин О.Н., Бахтин А.И., Хайбуллин Р.И. Кристаллохимические аспекты ионной имплантации // Минералы: строение, свойства, методы исследования. - Миасс. - 2009. - С. 34-35.

62. Лопатин О.Н. Геммологическое облагораживание природных и синтетических самоцветов методом высокодозной ионной имплантации // Тез. докл. IX Междунар. Конфер. «Новые идеи в науках о Земле». - Москва. -2009. - С. 33.

63. Лопатин О.Н. Имплантационная нанотехнология облагораживания ювелирно-поделочных камней // Материалы XV Геологического съезда Республики Коми. - Сыктывкар, Геопринт. - 2009. - Т. Ш. - С. 364-366.

64. Guller S„ Rameev В., Khaibullin R.I., Lopatin O.N.; Aktas B. EPR study of Mn-implanted single crystal Ti02 // Jornal of Physics. - 2009. - V. 153. - P. 010521-01052-6.

65. Лопатин O.H. Ионно-лучевая нанотехнология модификации свойств минералов. Материалы Междунар. Семинара «Минералогическая интервенция в микро- и наномир» // Сыктывкар, Геопринт. - 2009. - С. 381383.

66. Лопатин О.Н. Методика и результаты ионно-лучевой обработки минералов и их синтетических аналогов // Материалы Конференции «Петрогенезис и рудообразование». Екатеринбург. - 2009. - С. 362-364.

67. Рождественская И.В., Франк-Каменецкая О.В., Верещагин О.С., Лопатин О.Н., Золотарев A.A. Распределение хрома в структуре турмалинов // Тезисы V Национальной кристаллохимической конференции. Казань. - 2009. - С. 97.

68. Guller S., Rameev В., Khaibullin R.L, Lopatin O.N., Aktas В. EPR-study of Mn-implanted single crystal plates of Ti02 rutile // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. - 2010. - V. 322. - P. 113-117.

69. Лопатин O.H., Хайбуллин P.И., Николаев А.Г., Нуждин В.И. К вопросу о «черных бриллиантах» // Ученые записки Казанского государственного университета. - 2010. - Т. 152, Кн. 1. - С. 244-252.

70. Лопатин О.Н., Хайбуллин Р.И., Николаев А.Г. Ионно-лучевая модификация колориметрических свойств алмаза // Материалы Всероссийского минералогического семинара «Геоматериалы 2010». -Сыктывкар. - 2010. - С. 93-94.

71. Лопатин О.Н., Николаев А.Г., Нуждин В.И., Хайбуллин Р.И. Способ получения алмазов фантазийного желтого и черного цвета // Заявка о выдаче патента РФ на изобретение. - ФИПС. - Per. № 2010115317 от 16.04.2010.

Подписано в печать 24 09.2010. Форм. 60 х 84 1/16. Гарнитура «Тайме». Печать ризографическая. Печ.л. 2,5. Тираж 150. Заказ 9/9.

Лаборатория оперативной полиграфии Издательства КФУ 420045, Казань, Кр Позиция, 2а Тел 233-72-12

Содержание диссертации, доктора геолого-минералогических наук, Лопатин, Олег Николаевич

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Ионная имплантация и постимплантационный отжиг.

1.2. Адсорбционная и люминесцентная оптическая спектроскопия.

1.3. Рентгендифрактометрический и термомагнитный анализ.

1.4. Радиоспектроскопические и другие методы исследований.

Глава 2. ИОННАЯ ИМПЛАНТАЦИЯ ОКСИДОВ.

2.1. Кварц.

2.1.1. Имплантация ионов железа.■.

2.1.2. Имплантация ионов марганца.

2.2. Корунд.

2.2.1. Имплантация ионов кобальта.

2.2.2. Имплантация ионов марганца.

2.3. Рутил.

2.3.1. Имплантация ионов кобальта.

2.3.2. Имплантация ионов железа.

2.3.3. Имплантация ионов марганца.

Глава 3. ИОННАЯ ИМПЛАНТАЦИЯ СИЛИКАТОВ.

3.1. Оливин.

3.1.1. Имплантация ионов марганца.

3.1.2. Имплантация ионов хрома

3.2. Берилл.

3.2.1. Имплантация ионов железа.

3.2.2. Имплантация ионов ванадия.

3.3. Адуляр.

3.3.1. Имплантация ионов марганца.

3.3.2. Имплантация ионов ванадия.

3.3.3. Имплантация ионов кобальта.

Глава 4. ОБЩИЕ КРИСТАЛЛОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ

ИМПЛАНТАНТОВ.

4.2. Нанотехнологические аспекты ионно-лучевой обработки минеральных веществ.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Ионная имплантация минералов и их синтетических аналогов"

Диссертация посвящена комплексному экспериментальному изучению минералов и их синтетических аналогов, свойства которых модифицированы высокодозной ионной имплантацией.

Имеющийся на сегодняшний день, значительный экспериментальный и теоретический потенциал знаний в области кристаллохимии и физики минералов, находит себе весьма широкое применение в различных областях естественных наук, а также в промышленности и отраслях хозяйственной деятельности. Одним из приоритетных направлений в настоящее время являются фундаментальные и прикладные работы в области нанотехнологий, открывающие новые перспективы в самых различных направлениях. В'этом отношении актуальность тематики диссертации определяется возможностью расширения- и использования минерально-сырьевой базы за счет создания новых минеральных веществ с заведомо прогнозируемыми и. заданными физическими и технологическими^ свойствами.

Диссертация написана по материалам более чем пятнадцатилетних исследований, выполненных автором на кафедре минералогии и петрографии Казанского государственного университета. Все работы по высокодозной ионной имплантации проводились в альянсе с исследователями лаборатории Радиационной Физики Казанского Физико-технического института РАН. Для изучения получаемых, имплантационно обработанных образцов привлекались методы адсорбционной и люминесцентной оптической спектроскопии, методики рентгендифрактометрического и термомагнитного анализов, ЭПР-, ЯГР- спектроскопии и ряда других экспериментальных методов физики твердого тела. В процессе работы, на примере оксидных и силикатных минералов и их синтетических аналогов была проведена высокодозная ионная имплантация ряда элементов группы железа (железо, марганец, кобальт, хром, никель, ванадий и др.) в бсшее чем сто образцов и было проведено комплексное изучение их кристаллохимических особенностей современными физическими методами.

Цель работы заключалась в изучению кристаллохимии и свойств минералов и их синтетических аналогов, модифицированных высокодозной ионной имплантацией.

Основными задачами диссертации являлись следующие:

- экспериментальное изучение получаемого продукта — минералов-имплантантов современными физическими методами,

- выявление-^экспериментальное изучение в исходных матрицах минералов, и их синтетических аналогов новообразованных фаз, и определение их положения в пространстве кристаллических структур минералов,

- выявление возможностей методики высокодозной ионной имплантации в области изменения окраски минералов и их синтетических аналогов с конечной целью геммологического облагораживания ювелирно-поделочного сырья и получения новых самоцветных камней - имплантантов.

Апробация результатов предлагаемой диссертации была проведена на многочисленных научных конференциях и форумах различного уровня, как российского, так и международного. А именно, основные результаты в виде докладов и сообщений были представлены на ежегодных Итоговых научных конференциях Казанского государственного университета (Казань, 1993 — 2010), Всероссийских конференциях «Спектроскопия, рентгенография и кристаллохимия минералов» (Казань, 1997, 2005), VI Уральском петрографическом совещании (Екатеринбург, 1997), Международной конференции «Эффект Мессбауэра: магнетизм, материаловедение, гамма-оптика» (Казань, 2000), Международной конференции «I Eurasia Conference on Nuclear Science and its Application» (Aneara,. Turkey, 2000), регулярных Международных конференциях «Новые идеи в науках о Земле» (Москва,

2001, 2005, 2009), Международной конференции «Кристаллогенезис и минералогия» (С-Петербург, 2001), III Международном семинаре «Новые идеи и концепции в минералогии» (Сыктывкар, 2002), регулярных Международных конференциях «Минералогические музеи» (С-Петербург,

2002, 2008), Международной конференции «IV International Symposium on Ion Implantation and Other Application of Ions and Electrons» (Kazimierz Dolny, Poland, 2002), Международной конференции «International Conference Center Cobe IBMM» (Kobe, Japan, 2002), регулярном Всероссийском семинаре «Физические и физико-химические основы ионной имплантации» (Ниж. Новгород, 2002, 2004, 2006, 2008, 2010), IV Всероссийском совещании «Минералогия Урала» (Миасс, 2003), XV Международном совещании «Рентгенография- и кристаллохимия минералов» (С-Петербург, 2003), Всероссийской, конференции- «Минералогия, геммология, искусство» (С-Петербург, 2003), регулярной Международной конференции «Взаимодействие излучений с твердым телом» (Минск, Белоруссия, 2003, 2005), Международной конференции «V International Conference ION 2004» (Kazimierz Dolny, Poland, 2004), Международном семинаре «Кварц, кремнезем» (Сыктывкар, 2004), VIII, IX, X, XI Съездах РМО (С-Петербург, 1992, 1999, 2004, 2010), конференции, посвященной 200-летию Геологического музея КГУ (Казань, 2004), Международном семинаре «Петрография XXI века» (Апатиты, 2005), Международной конференции «XV International Conference "Ion Beam Modification of Materials"» (Taormina, Italy, 2006), Международной конференции «Спектроскопия и кристаллохимия минералов» (Екатеринбург, 2007), Всероссийской конференции «Проблемы минералогии, петрографии и металлогении»

Пермь, 2007), Международной конференции «Геммология» (Томск, 2007), Международной конференции «International Conference on Superconductivity and Magnetism» (Antalya, Turkey, 2008), Всероссийской конференции «Минералы: строение, свойства, методы исследования» (Миасс, 2009), XV Геологическом съезде Республики Коми (Сыктывкар, 2009), Международном семинаре «Минералогическая интервенция в микро- и наномир» (Сыктывкар,

2010).

Основные результаты диссертационной работы и защищаемые положения нашли свое отражение более чем в семидесяти научных публикациях. Предлагаемая в диссертации методика отослана в Роспатент в качестве заявки на выдачу патента РФ на изобретение (per. № 2010115317 от 16.04.2010).

Научная новизна проделанной работы заключаются в следующем. Впервые проведено систематическое имплантирование * переходных химических элементов группы железа в кристаллические минеральные матрицы оксидов и силикатов как природного, так и искусственного происхождения. Экспериментально выявлены режимы, дозы, условия ионной имплантации и постимплантационной термической обработки кристаллов минералов. Впервые проведено комплексное изучение минералов-имплантантов современными физическими методами. На примере двух групп важнейших породообразующих минералов показано изменение их кристаллохимических особенностей и физических свойств. Рассмотрены различные механизмы вхождения имплантируемой примеси переходных химических элементов в матрицы минералов в процессе имплантации и отжига. Показана возможность изоморфного вхождения имплантируемого химического элемента в различные структурные позиции конкретных минералов. Зафиксировано и доказано формирование в исходных минеральных матрицах новообразованных когерентных и некогерентных минеральных фаз.

Практическая^ значимость диссертации определяется следующем. Экспериментально выявлено и научно обосновано прогнозируемое изменение квантово-оптических (окраска) и* магнитных свойств имплантированных минеральных матриц. Впервые разработаны и обоснованы фундаментальные методические основы лабораторной нанотехнологии геммологического облагораживания самоцветного сырья с помощью методик имплантационной обработки кристаллов минералов и их синтетических аналогов, последующее внедрение которой позволит существенно расширить перечень и номенклатуру новых самоцветных камней — имплантантов.

Основными защищаемыми положениями диссертации являются следующие:

1. Высокодозная ионная имплантация и постимплантационная термическая обработка минералов и их синтетических аналогов приводят к формированию- (синтезу)* в исходной минеральной^ матрице-новообразованных как когерентных, так и некогерентных фаз.

3. Локализация имплантируемых ионов переходных химических элементов в минералах или их аналогах, подвергнутых ионно-лучевой обработке (собственно имплантации) и последующему термическому отжигу, осуществляется* в узком интервале глубин, порядка 5 - 100 нм от поверхности кристалла.

4. Методика высокодозной ионной имплантации является эффективным способом изменения и модификации квантово-оптических свойств минералов и их синтетических аналогов (прежде всего, окраски), и может использоваться' в качестве нанотехнологического способа' при геммологической практике облагораживания ювелирно-поделочного сырья.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения. Работа содержит 206 страниц, где 6 таблиц, 63 рисунка. Список литературы включает в себя 317 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Минералогия, кристаллография", Лопатин, Олег Николаевич

Основные результаты проведенных исследований заключаются в следующем.

3. С использованием комплекса современных методов, физики твердого тела, как то, оптической, гамма-резонансной, RBS- и радиоспектроскопии, рентгендифрактометрического, дифференциального термомагнитного и микрозондового анализа, экспериментально изучены кристаллохимические особенности минералов - имплантантов.

4. Выполнено систематическое экспериментальное исследование кристаллохимической информативности различных оптически-активных центров, проявляющихся в оптических спектрах поглощения минеральных t v матриц, подвергнутых ионно-лучевой обработке (собственно имплантации) и постимплантационнному термическому отжигу.

5. На примере оксидов (кварца, корунда) и силикатов (оливина, адуляра) доказано формирование в процессе имплантации и отжига самостоятельных ультрадисперсных оксидных фаз, относящихся к структурному типу гематиткурнакита, образующихся, в процессе ионно-лучевой обработки- и отжига, и расположенных в приповерхностных зонах облучаемой матрицы.

6. Впервые на примере имплантационно обработанных корунда и рутила доказано формирование в процессе имплантации и отжига самостоятельных фаз со структурой шпинели, закономерно ориентированных в матрицах облучаемой мишени. Химический состав новообразованных шпинелидов представляет собой комбинацию видообразующих элементов исходной минеральной матрицы и имплантированных ионов элементов группы железа.

7. Экспериментально выявлено изоморфное вхождение ионов имплантированных химических элементов в кристаллическую структуру всех обработанных образцов минералов и их синтетических аналогов. Изучен изоморфизм, реализуемый как по изо- , так и по гетеровалентному механизму в различных структурных позициях имплантированных минералов. К примеру: Ре3+1У —> 814+1у в кварце, Мп4+у1 —> И4+У1 в рутиле, Сг3+У1 —> 1М^2+у1 в

Т I <5« оливине, V У1 —* А1 У1 в берилле, и Т.П. '

8. На примере синтетического форстерита, имплантированного ионами хрома, с. использованием методики- прецизионной- люминесцентной спектроскопии^ низких температур (4,2 К); впервые выявлен факт, селективного изоморфного вхождения ионов Сг3+ в триклинно искаженные (С;) октаэдрические (М1) позиции кристаллической структуры минерала.

9. Рассчитаны глубинные профили распределения имплантированных ионов в матрицах облучаемых мишеней (ЗММ-формализм) оксидных и силикатных минералов, экспериментально уточненные с помощью методик ИВ8-спектроскопии и ЭДРА-микроанализа. Выявлена преимущественная глубина локализации имплантанта в приповерхностных зонах матриц до 100 нм.

10. Предложены и рассмотрены различные механизмы локализации имплантированных ионов группы железа в пространстве кристаллических структур минералов или их синтетических аналогов^ включающие изоморфизм, образование простых оксидных нанопреципитатов.и сложных шпинелеподобных фаз комбинированного состава.

11. На примере химических элементов группы железа экспериментально доказана возможность использования и применения методик высокодозной ионной имплантации переходных химических элементов в геммологической практике облагораживания ювелирно-поделочного сырья. Получены имплантанты - аналоги рубина (розовый корунд, имплантированный ионами Мп+), сапфира (голубой корунд, имплантированный ионами Со+), изумруда (зеленый берилл, имплантированный ионами У*) и другие окрашенные имплантацией ювелирные камни. Начаты работы по имплантационной модификации колориметрических и квантово-оптических свойств алмаза.

12. Методами адсорбционной оптической спектроскопии изучена природа окраски всех описанных в диссертации минералов-имплантантов. Доказано совокупное действие на природу окраски как идио-, так и аллохроматической составляющих. Доказана стойкость новонаведенной окраски, ее устойчивость к внешнему воздействию, высокодекоративные свойства, экологическая чистота.

В целом в результате диссертационного исследования сформулированы, обоснованы и доказаны основные научные положения, в совокупности представляющие собой теоретическое обобщение и решение на новом качественном уровне проблемы познания природы и модификации естественных и искусственных минеральных объектов с помощью нового для геологических изысканий метода — высокодозной ионной имплантации. Применение ионно-лучевых технологий не ограничивается перечисленными в диссертациями возможностями и, несомненно, может быть существенно расширено в дальнейшем. Значение проведенных в диссертации работ заключается в расширении использования минералов-имплантантов в различных отраслях промышленности и хозяйства. Представляется возможным надеяться, что в ближайшем обозримом будущем минералы с модифицированными ионно-лучевой обработкой свойствами займут достойное место в практике геолого-минералогических и технологических работ.

175

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Библиография Диссертация по наукам о земле, доктора геолого-минералогических наук, Лопатин, Олег Николаевич, Казань

1. Абдукадырова И.Х. Радиационно-термические стимулированные эффекты в монокристаллах корунда // Письма в ЖТФ. 2003. Т. 29, Вып. 5. С. 61-70.

2. Абрагам А., Блини Б. Электронный парамагнитный резонанс переходных ионов. М.: Мир. 1972. 522 с.

3. Альтшулер С. А., Козырев Б.М. Электронный парамагнитный резонанс. М.: Наука. 1972. 672 с.

4. Анкинович Е.А., Бахтин А.И., Бекенова Г.К., Компанейцев В.П., Лопатин О.Н., Котельников П.Е. Новая V4+-Ba разновидность фенгита // ЗВМО. 1992. №6. С. 63-71.

5. Балицкий B.C. Геохимические условия вхождения элементов-примесей в кристаллы кварца // 1 Междунар. геохим. конгресс, Т. 2, Гидротермальные процессы. М., 1973. С. 24-32.

6. Балицкий B.C. Экспериментальное изучение процессов хрусталеобразования. М.: Наука. 1978. 144 с.

7. Балицкий B.C., Лисицына Е.Е. Синтетические аналоги и имитации-природных драгоценных камней. М.: Недра. 1981. 158 с.

8. Бахтин А.И. Породообразующие силикаты: оптические спектры, кристаллохимия, закономерности окраски, типоморфизм. Казань: Изд-во Казанск. ун-та, 1985. 192 с.

9. Бахтин А.И., Лопатин О.Н., Денисов И.Г., Быков A.B. Электронные оптические спектры ионов хрома в синтетическом форстерите // Спектроскопия, кристаллохимия и реальная структура минералов и их аналогов. Казань; Изд-во Казанск. Ун-та, 1990. С. 62-68.

10. Бахтин А.И., Горобец Б.С. Оптическая спектроскопия минералов и руд и ее применение в геологоразведочных работах. Казань: Изд-во Казанск. ун-та. 1992. 233 с.

11. Бахтин А.И., Лопатин О.Н., Денисов И.Г., Грицков Е.Д., Булыкин Л.Д., Золоев К.К., Попов Б.А., Алешин Б.М. Зональность оливинов из дунитов в альпинотипных гипербазитах Урала // Геохимия. 1993. № 4. С. 590-595.

12. Бахтин А.И., Лопатин О.Н., Денисов И.Г. Кристаллохимические особенности природных оливинов по люминесцентным данным // Геохимия. 1995. № 7. С. 967-974.

13. Бахтин А.И., Денисов И.Г., Лопатин О.Н. Фотолюминесценция дырочных центров в кристаллах оливина// Оптика и спектроскопия. 1995. Т. 79, № 5. С. 773-777.

14. Бахтин5 А.И:, Денисов И.Г., Лопатин О.Н. Особенности кристаллохимического строения: природных оливинов // Кристаллография. 1996. Tv41y№ 6. С: 1041-1043.

15. Бахтин А.И'., Лопатин О.Н., Денисов И.Г., Золоев К.К., Булыкин Л.Д. Кристаллохимия силикатов альпинотипных гипербазитов Урала и поисковые критерии хромитового оруденения. Казань: Изд-во КГУ. 1997. 100 с.

16. Бахтин А.И., Лопатин О.Н., Конев A.A. Природа окраски нефритов Сибири//Изв. ВУЗов. Геология и разведка. 1997. № 6. С. 145-147.

17. Бахтин А.И;, Денисов И.Г., Лопатин О.Н. Возможности современной оптической спектроскопии в исследовании минералов // Спектроскопия, рентгенография; и кристаллохимия минералов. Казань: Изд-во Казанск. Ун-та, 1997. С. 11-30.

18. Бахтин А.И;, Хайбуллин Р.И., Лопатин О.Н., Хайбуллин И.Б. Ионная имплантация и ее возможности "в кристаллохимии и геммологии //

19. Спектроскопия, рентгенография и кристаллохимия минералов. Казань, 2005. С. 25-28.

20. Бахтин А.И., Лопатин О.Н., Хайбуллин Р.И., Хайбуллин И.Б. Оптические свойства и кристаллохимия синтетического рутила, имплантированного ионами кобальта // ЗРМО. 2006, № 6. С. 79-88.

21. Бахтин А.И., Лопатин О.Н., Хайбуллин Р.И., Хайбуллин И.Б. Люминесценция синтетического рутила, имплантированного ионами кобальта//Кристаллография. 2007. Т. 52, № 5. С. 910-914.

22. Белов Н.В. Структура ионных кристаллов и металлических фаз. М.: Изд-во АН СССР, 1947. 236 с.

23. Белов Н.В. Очерки по структурной минералогии. М.: Недра, 1976. 344 с.

24. Бершов Л.В., Минеева P.M., Сперанский A.B., Хафнер С. Об изоморфизме хрома в оливинах // ДАН СССР. 1981. Т. 260. № 1. С. 191194.

25. Бредов М.М., Ланг И.Г., Окунева Н.М. К вопросу о глубине проникновения ионов средних энергий в вещество // ЖТФ. 1958. Т. 28, Вып. 2. С. 252-259.

26. Брэгг У., Кларингбулл Г. Кристаллическая структура минералов. М.: Мир, 1967. 391 с.

27. Буренков А.Ф., Комаров Ф.Ф., Кумахов М.А„ Темкин М.М. Таблицы параметров пространственного распределения ионно-имплантированных примесей. Минск: Изд-во БГУ, 1980. 352 с.

28. Буров Б.В., Ясонов П.Г. Введение в дифференциальный термомагнитный анализ. Казань: Изд-во КГУ, 1979. 159 с.

29. Вавилов B.C. Некоторые физические аспекты ионной имплантации // Успехи физич. наук. 1985. Т. 145, Вып. 2. С. 329-346.

30. Вавилов B.C. Возможности и ограничения ионной имплантации в алмаз »и их сопоставление с другими методами введения электрическиактивных примесей // Успехи физич. наук. 1994. Т. 164, Вып. 4. С. 429433.

31. Вавилов B.C., Гиппиус A.A., Конорова Е.А. Электронные и оптические процессы в алмазе. М.: Наука, 1985, 140 с.

32. Валяшко Е.Г., Грум-Гржимайло C.B. Окраска корунда и методы ее исследования. Тр. Ин-та кристаллографии. Вып. 8, 1953. С. 111-128.

33. Вахидов Ш.А., Гасанов З.М., Самойлович М.И., Яркулов У. Радиационные эффекты в кварце. Ташкент: ФАН. 1975. 188 с.

34. Вечерин П.П., Журавлев В.В., Квасков В.Б., Клюев Ю.А., Красильников A.B., Самойлович М.И., Суходольская О.В. Природные алмазы России. М.: Полярон, 1997. 304 с.

35. Винокуров В.М. Магнитные свойства минералов. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук. Москва. 1964. 32 с.

36. Вонсовский C.B. Магнетизм. М:: Наука, 1971. 1032 с.

37. Вотяков С.Л., Чащухин И.С., Быков В.Н., Бахтин А.И., Миронов А.Б., Лопатин О.Н!, Пальгуева Г.П. Кристаллохимия ионов железа в минералах ультрабазитов' в связи с их серпентинизацией. Екатеринбург.-1992. 64 с.

38. Вотяков С.Л., Крохалев В.Я., Пуртов В.К., Краснобаев A.A. Люминесцентный анализ структурного несовершенства кварца. Екатеринбург: УИФ Наука, 1993. 70 с.

39. Вотяков С.Л., Краснобаев A.A., Крохалев В.Я. Проблемы прикладной спектроскопии минералов. Екатеринбург: Наука. 1993. 238 с.

40. Танеев И.Г., Казуров Б.К., Караульник Э.Н. Выращивание и исследование монокристаллов гидротермального. корунда // Механизм и кинетика кристаллизации. Минск. 1969. С. 399-407.

41. Гафт М.Л., Горобец Б.С., Барсукова Н.С. Люминесценция титановых комплексов в бадделеите // ЗВМО. 1980. Ч. 109. Вып. 4. С. 493-497.

42. Гафт М.Л., Горобец Б.С., Хомяков А.П. О природе люминесценции минералов титана и циркония // Докл. АН СССР. 1981. Т. 260. № 5. С. 1234-1237.

43. Герлих П., Каррас X., Кетитц Г., Леман Р. Спектроскопические свойства активированных лазерных кристаллов. М,: Наука, 1966. 208 с.

44. Гинзбург А.И., Чернышева Л.В., Куприянова И.И. и др. Типоморфизм минералов: Справочник. М: Недра. 1989. 560 с.

45. Горобец Б.С. Спектры люминесценции минералов. М.: Изд-во ВИМС. 1981. 153 с.

46. Горобец Б.С. Типоморфные люминесцентные свойства минералов // Типоморфизм минералов и минеральных ассоциаций. М.: Наука. 1986. С. 50-59.

47. Горобец Б.С. Импульсная люминесцентная спектроскопия минералов и руд // Сов. Геология. 1991. № 9. С. 66-72.

48. Горобец Б.С., Гафт М.Л. Люминесцентная спектроскопия // Методы минералогических исследований. М.: Недра. 1985. С. 263-277.

49. Горобец Б.С., Гафт М.Л, Подольский A.M. Люминесценция минералов и руд. М., Мингео СССР, 1989. 35 с.

50. Горобец Б.С., Рогожин A.A. Спектры люминесценции минералов. Справочник. М.: РИЦ ВИМС «Минеральное сырье», 2001. 317 с.

51. Городецкий А.Е., Качурин Г.А., Смирнов Л.С. Кинетика образования новой фазы при ионной бомбардировке // ФТП. 1968. Т. 2, Вып. 7. С. 927931.

52. Дир У.А., Хауи P.A., Зусман Дж. Породообразующие минералы. Т. 1 5. М.: Мир, 1965-1966.

53. Ерчак Д.П., Гусева М.Б., Александров А.Ф., Александер Г., Пильчау А.П: Спиновые волны в имплантированных бором поликристаллических алмазных пленках // Письма в ЖЭТФ. 1993. Т. 58, Вып. 4. С. 268-271.

54. Зайцев A.M. Ионная имплантация в полупроводники со сверхпрочной ковалентной связью // Алмаз в электронной технике (Под ред. Кваскова В.Б.). М.: Энергоатомиздат, 1990. С. 211-218.

55. Зверев Г.М., Прохоров A.M. Исследование электронного парамагнитного резонанса рутила с кобальтом // ЖЭТФ. 1963. Т. 43, Вып. 2. С. 422-425.

56. Иванова O.A., Смирнова С.А., Дубовская В.М., Горева Т.Ф., Смирнов A.A. Синтетическая шпинель, легированная кобальтом, выращенная методом ГНК // Разведка и охрана недр. 2004. № 1. С. 44-45.

57. Ионная имплантация в полупроводники и другие материалы. М.: Мир. 1980. 334 с.

58. Кессельман B.C. О глубине проникновения и распределении ионов низких энергий в твердых телах // ФТП. 1968. Т. 2, Вып. 1. С. 93-97.

59. Клоков А.Ю., Шарков А.И., Галкина Т.И., Хмельницкий P.A., Дравин В.А., Гиппиус A.A. Болометрический приемник, встроенный в объем алмаза//Письма в ЖТФ. 2001. Т. 27, Вып. 14. С. 21-24.

60. Коноваленко С.И., Бахтин А.И., Лопатин О.Н. Природа окраски цветных и полихромных турмалинов из миароловых пегматитов Юго-западного Памира // Минералогический журнал. 1991. Т. 13, № 13. С. 5462.

61. Кудрявцева Г.П. Ферримагнетизм природных оксидов. М.: Недра, 1988. 232 с.

62. Кузнецов Г.Ф. Количественный анализ вспучивания при» отжиге монокристаллов алмаза, имплантированных ионами водорода // ЖТФ. 2006. Т. 76, Вып. 10. С. 115-119.

63. Кузнецов В.А., Пантелеев В.В. Гидротермальный синтез рутила.// Кристаллография. 1965. Т. 10, № 3. С. 445-449.

64. Леоненко Е.В., Еремин H.H., Урусов B.C. Компьютерное моделирование структуры, свойств и точечных дефектов рутила и касситерита // Минералы: .строение, свойства, методы исследования. Миасс. 2009. С. 211.

65. Лопатин О.Н. Кристаллохимия минералов и критерии хромитоносности гипербазитовых массивов офиолитовых комплексов Урала. Автореферат на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук. Казань. 1993. 20 с.

66. Лопатин О.Н., Бахтин А.И. К вопросу об облагораживании* природных сапфиров // Спектроскопия, рентгенография и кристаллохимия минералов. Казань: Изд-во Казанск. Ун-та, 1997. С. 155-156.

67. Лопатин О.Н., Бахтин- А.И., Байталов А.Ш. Термическое облагораживание демантоида // Изв. ВУЗов. Геология и разведка: 1999. №• 4. С. 166-168.

68. Лопатин О.Н. Геммология наука о самоцветах // СОЖ. 1999. № 5. С. 74-77.

69. Лопатин О.Н., Хайбуллин Р.И., Бахтин А.И., Хайбуллин И.Б. Ионная имплантация в кристаллические структуры самоцветов // Тезисы докл. V Междунар. Конф. «Новые идеи в науках о Земле». Москва, 2001. С. 112.

70. Лопатин О.Н:, Хайбуллин Р.И., Вагизов Ф.Г., Базаров В.В., Бахтин А.И., Хайбуллин И.Б. Имплантация ионов железа в кристаллическую структуру природного берилла // ЗВМО. 2001. № 4. С. 122-127.

71. Лопатин О.Н., Хайбуллин Р.И., Бахтин А.И., Хайбуллин И.Б. Кристаллохимия минералов, имплантированных элементами группыжелеза // Тезисы докл. Междунар. Конф: «Кристаллогенезис и минералогия». С-Петербург, 2001. С. 231.

72. Лопатин О.Н., Хайбуллин Р.И., Бахтин А.И., Хайбуллин И.Б. Ионная имплантация способ облагораживания самоцветов // Минералогические музеи. С-Петербург, 2002. С.' 325-326.

73. Лопатин О.Н., Хайбуллин Р.И., Рамеев Б.З., Королев Э.А., Базаров

74. Лопатин1 О.Н., Хайбуллин Р.И., Ибрагимов Щ.З., Бахтин А.И., Хайбуллин'И.Б. Имплантация ионов железа в.кристаллическую структуру природного кварца // Изв. ВУЗов. Геология и. разведка. 2002. № 6. С. 3541.

75. Лопатин О.Н., Хайбуллин Р.И., Бахтин А.И., Хайбуллин И.Б. Имплантация элементов группы железа в кристаллические структуры минералов // Материалы IV Всероссийск. Совещания «Минералогия Урала 2003», Т. 2. Миасс, 2003. С. 239-241.

76. Лопатин О.Н., Бахтин А.И., Королев Э.А., Хайбуллин Р.И., Хайбуллин И.Б. Кристаллохимия корунда, имплантированного ионами кобальта // Материалы XV Междунар; Совещания «Рентгенография и кристаллохимия минералов». С-Петербург, 2003. С. 178-179.

77. Лопатин О.Н., Хайбуллин Р.И., Бахтин А.И., Хайбуллин И.Б. Окрашивание природных самоцветов и их синтетических аналоговметодами ионной имплантации // Минералогия, геммология, искусство. С-Петербург, 2003. С. 42-43.

78. Лопатин О.Н., Хайбуллин Р.И., Ибрагимов Ш.З., Бахтин А.И., Хайбуллин И.Б. Кристаллохимические особенности кварца, имплантированного ионами марганца // Материалы Междунар. Семинара^ «Кварц, кремнезем». Сыктывкар, 2004. С. 261-262.

79. Лопатин О.Н., Хайбуллин Р.И., Бахтин А.И., Хайбуллин И.Б. Кристаллохимия минералов, модифицированных высокодозной ионной имплантацией // Материалы X Съезда ВМО. С-Петербург, 2004. С. 95-96.

80. Лопатин О.Н., Хайбуллин Р.И., Бахтин А.И., Хайбуллин И.Б. Ионная имплантация продуктивный способ облагораживания самоцветов // Материалы Чтений, посвященных 200-летию геологического музея КГУ. Казань, 2004. С. 102-104.

81. Лопатин О.Н., Хайбуллин Р.И., Королев Э.А., Бахтин А.И., Хайбуллин И.Б. Окрашивание синтетического рутила методом высокодозной ионной имплантации // Материалы VII Междунар. Конф. «Новые идеи в науках о Земле», Т. 2. Москва, 2005. С. 43\

82. Лопатин- О.Н., Хайбуллин Р.И., Бахтин А.И., Хайбуллин И.Б. Петрологические аспекты ионной имплантации в кристаллические структуры минералов // Материалы Междунар. Семинара «Петрография XXI века», Т. 4. Апатиты, 2005. С. 158-159.

83. Лопатин О.Н., Хайбуллин Р.И., Королев Э.А., Бахтин А.И., Хайбуллин И.Б. Кристаллохимия корунда, имплантированного ионами кобальта // Спектроскопия, рентгенография и кристаллохимия минералов. Казань, 2005. С. 136-138.

84. Лопатин О.Н., Хайбуллин .Р-.И., Бахтин А.И., Хайбуллин И.Б. Возможности ионной имплантации в геммологии // Ученые записки Казанского государственного университета. 2006. Т. 148, Кн. 4. С. 105112.

85. Лопатин О.Н., Хайбуллин Р.И;, Бахтин А.И., Хайбуллин И.Б. Ионная имплантация в кристаллические структуры минералов: возможности и перспективы // Материалы Междунар. Конфер. «Спектроскопия, и кристаллохимия минералов 2007». Екатеринбург, 2007. С. 63-64.

86. Лопатина О.Н., Кринари Г.А., Николаев А.Г. Кристаллохимические критерии минералов-спутников алмазов и использование их в поисковой геологии // Проблемы минералогии, петрографии и металлогении; Вып. 10, Пермь, 2007. С. 14-21.

87. Лопатин О.Н.,.Хайбуллин Р.И., Бахтин А.И., Нуриева Е.М. Основы нанотехнологии облагораживания самоцветов методом высокодознойионной имплантации // Минералогические музеи. С-Петербург, 2008. С. 117-119.

88. Лопатин О.Н., Бахтин А.И., Хайбуллин Р.И. Кристаллохимические аспекты ионной имплантации // Минералы: строение, свойства, методы исследования. Миасс. 2009. С. 34-35.

89. Лопатин О.Н. Геммологическое' облагораживание природных и синтетических самоцветов методом высокодозной ионной имплантации // Тез. докл. IX Междунар, Конфер. «Новые идеи в науках о Земле». Москва, 2009. С. 33.

90. Лопатин О.Н. Имплантационная нанотехнология облагораживания ювелирно-поделочных камней // Материалы XV Геологического съезда Республики Коми. Сыктывкар, Геопринт, 2009. Т. П1, С. 364-366.

91. Лохова Л.Г., Рипинен О.И., Вейс Н.С. Цветные характеристики бериллов, активированных ионами группы железа // Выращивание кристаллов бериллиевых минералов и исследование их свойств. Новосибирск, 1980. С. 35-41.

92. Лютоев В.П. Структура и спектроскопия халцедона. Екатеринбург: Уро РАН, 2004. 116 с.

93. Лютоев В.П. Эволюция состава примесных центров в стимулированных и природных преобразованиях кварца по данным ЭПР // Спектроскопия и кристаллохимия минералов 2007. Екатеринбург, 2007. С. 67-68.

94. Марфунин A.C. Введение в физику минералов. М".: Недра, 1974. 328 • с.

95. Марфунин A.C. Спектроскопия, люминесценция и радиационные центры в минералах. М.: Недра. 1975. 327 с.

96. Матросов В.Н., Матросова Т.А., Купченко М.И. Выращивание' Лкристаллов MgAl204:Co // Тез. докл. X Национальн. Конф. по росту кристаллов. Москва: ИК РАН. 2002. С, 167. •

97. Матяш И.В., Брик А.Б., Заяц А.П., Мазыкин В.В. Радиоспектроскопия кварца. Киев: Наукова Думка, 1987. 168 с.

98. Методы минералогических исследований. Справочник. М.: Недра, 1985. 480 с.

99. Минералы. Справочник. Т. 2. Вып. 2. М.: Наука, 1965. 343 с.

100. Никольская Л.В., Самойлович М.И. Спектроскопическое изучение хризолитов различного генезиса//Геохимия. 1977. № 4. С. 550-558.

101. Оджаев В.Б., Козлов И:П., Попок В.Н., Свиридов Д.В. Ионная имплантация полимеров. Минск, БГУ, 1998. 197 с.

102. Орлов А.Ф., Агафонов Ю.А., Балагуров Л.А., Бублик В.Г., Зиненко В.И., Перов И.С., Сарайкин В.В., Щербачев К.Д. Исследование структурных характеристик ферромагнитного Si, имплантированного Мп //Кристаллография. 2008. Т. 53, № 5. С. 843-847.

103. Орлов А.Ф., Бублик В.Г., Вдовин В.И., Агафонов Ю.А., Балагуров JI.A., Зиненко В.И., Кулеманов И.В., Щербачев К.Д. О состоянии имплантированной примеси Мп в Si // Кристаллография. 2009. Т. 54, № 4. С. 596-598.

104. Остащенко Б.А., Рочев В.Е., Лютоев В.П. Изменение окраски минералов высокоэнергетичным пучком протонов // Вестник Института геологии КомиНЦ Уро РАН. 2003. № 4. С. 11-13.

105. Пекарчик В. К. Получение и некоторые свойства кристаллов рутила // Тез. докл. Междунар. Конгр. и Симпоз. по росту кристаллов. М. 1966. С. 266.

106. Пеньков И.Н. Некоторые вопросы химической активности минералов: генетический и технологический аспекты // ЗВМО. 2000. № 1. С. 29-37.

107. Платонов А.Н. Природа окраски минералов. Киев: Наукова Думка, 1976.264 с.

108. Платонов А.Н., Таращан А.Н. Оптическая спектроскопия ванадия в природных минералах. Спектры поглощения комплексов V4+ и V3+ // Конституция и свойства минералов. 1973. Вып. 7. С. 75-81.

109. Платонов А.Н., Таран М.Н., Полынин Э.В., Минько O.E. О природе окраски железосодержащих бериллов // Изв. АН СССР. Сер. геологич. 1979. №10. С. 54-68.

110. Платонов А.Н., Таран М.Н., Балицкий B.C. Природа окраски самоцветов. М.: Недра, 1984. 197 с.

111. Поваренных A.C. Кристаллохимическая классификация минеральных видов. Киев: Наукова Думка, 1966. 550 с.

112. Полтавец Ю.А., Бахтин А.И., Полтавец З.И., Лопатин О.Н. Гранаты как индикатор физико-химических условий образования скарново-магнетитовых месторождений // Геология рудных месторождений. 1996. Т. 38, №2. С. 186-193.

113. Раков JI.Т. ЭПР облученного в природе поликристаллического, кварца // ДАН СССР. 1984. Т. 278, № 2. С. 452-455.

114. Раков Л.Т. Поведение парамагнитных дефектов при термическомобжиге кварца//Кристаллография. 1989. Т. 34, Вып. 1. С. 260-262.

115. Раков Л.Т. Радиационные свойства структурных дефектов в кварце // Геохимия. 1997. № 6. С. 637-643.

116. Раков Л.Т. Исследование процесса накопления низкодозных парамагнитных центров в кварце // Геохимия. 1998. № 4. С. 422-435.

117. Раков Л.Т. Природные и искусственно стимулированные радиационные процессы в кварце: сходство и различия // Геохимия. 2003. № 7. С. 773-784.

118. Раков Л.Т. Механизмы изоморфизма в кварце // Геохимия. 2006. № 10. С. 1085-1096.

119. Рид С. Электронно-зондовый микроанализ. М.: Мир, 1979.423 с.

120. Риссел X., Руге И. Ионная имплантация. М.: Наука, 1983. 360 е.,

121. Рождественская И.В., Франк-Каменецкая О.В., Верещагин О.С., Лопатин О.Н., Золотарев A.A. Распределение хрома- в структуре турмалинов // Тезисы V Национальной кристаллохимической,-конференции. Казань, 2009. С. 97.

122. Руднев В.В., Стародубцева Т.П., Овчаров В.Ф. Ионно-лучевое оборудование для легирования полупроводников // Обзор «Зарубежная электронная техника». 1971. № 8. С. 50-62.

123. Руководство по рентгеновскому исследованию минералов // Под ред. В. А. Франк-Каменецкого. Л.: Недра. 1975. 396 с.

124. Румянцев В.Н., Грум-Гржимайло C.B., Бокша О.Н. Оптические спектры поглощения кристаллов гидротермального корунда с примесями //Кристаллография. 1971. Т. 16. С. 445-447.

125. Самойлович М.И., Цин'обер Л.И., Крейскоп В.Н. О природе радиационной цитриновой окраски кварца // Кристаллография. 1968. Т. 13, Вып. 4. С. 727-730.

126. Самойлович М.И., Цинобер Л.И., Хаджи И.П. Исследование окрашенных кристаллов синтетического кварца // Докл. АН СССР. 1968. Т. 184, № 1. С. 91-93.

127. Самойлович М.И., Цинобер Л.И., Дунин-Барковский Р.Л. О природе* окраски берилла с примесью железа // Кристаллография. 1971. Вып. 1. С. 186-189.

128. Самойлович М.И., Цинобер Л.И., Дунин-Барковский Р.Л., Лисицына Е.Е. О третьем типе цитриновой окраски природного кварца // ЗВМО. 1976. Вып. 2. С. 223-227.

129. Самойлович М.И., Комарова Л.М., Крейскоп В.Н. Особенности радиационно-стимулированной диффузии в процессе окрашивания кварца при различных температурах // Кристаллография. 1980. Т. 25, № 5. С. 1101-1107.

130. Самойлович М.И., Белянин А.Ф., Петровский В.А. 3D наноструктуры на основе правильных кубических упаковок наносфер кремнезема // Материалы Междунар. Семинара «Кварц, кремнезем». Сыктывкар, 2004: С. 13-15.

131. Самойлович М.И., Крапошин B.C., Талис А.Л. Структурные фазовые переходы в наносистемах и аппарат расслоенных пространств (локальный подход) // Нанотехнология и фотонные кристаллы. М.: ОАО ЦНИТИ «Техномаш». 2004. С. 195-212.

132. Самойлович М.И. Наномир, квантовая физика и неэвклидовы геометрии // Теория, история, философия и практика минералогии. Сыктывкар: Геопринт. 2006. С. 298-302.

133. Самойлович . М.И., Белянин А.Ф. Формирование наноструктурированных пленок алмазоподобных материалов // Нано- и микросистемная техника. Ч. 1. 2006. № 7. С. 21-34 и Ч. 2. 2006. № 8. С. 1525. ' '

134. Свиридов. Д.Т., Свиридова Р;К.,' Смирнов Ю.Ф: Оптические спектры ионов переходных металлов в кристаллах. М.: Наука, 1976. 266 с.

135. Смирнов В.И. Физико-химические основы технологии электронных средств. Ульяновск: УлГТУ, 2005. 112 с.

136. Современные проблемы физики: Ферромагнитный резонанс. Сб. статей под ред. С.В.Войсовского. М.: ФизМатЛит, 1961. 343 с.

137. Степанов А.Л. Синтез, и оптические свойства метаматериалов с металлическими наночастицами. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-ма'гематических наук. Казань. 2009.32 с.

138. Таращан А.Н. Люминесценция минералов. Киев: Наукова Думка, 1978. 296 с.

139. Технология ионного, легирования // Под ред. С. Намбы. М.: Советское радио, 1974. 160 с.

140. Тикадзуми С. Физика* ферромагнетизма. Магнитные свойства вещества. М.: Мир, 1983. 304 с.

141. Ткачук О.М., Ткачук В.М. Мессбауэровские исследования железо-иттриевого граната, имплантированного тяжелыми ионами // Украинск. физич. журнал. 1999. № 3. С. 391-393.

142. Трухин А.Н., ' Годманис И.Т. Низкотемпературная фотолюминесценция природного кристаллического кварца // Оптика и спектроскопия. 1987. Т. 63, №«3. С. 565-569.

143. Урусов B.C. Энергетическая кристаллохимия. М.: Наука. 1975. 336 с.

144. Урусов B.C.- Теория изоморфной смесимости. М.: Наука. 1977. 251 с.

145. Урусов B.C. Теоретическая кристаллохимия. М.: Изд-во МГУ. 1987. 280 с.

146. Урусов B.C., Таусон В.Л:, Акимов В.В. Геохимия твердого тела. М.: Геос. 1997. 500 с.

147. Урусов B.C., Еремин H.H. Атомистическое моделирование структуры и свойств твердых растворов замещения // Минералы: строение, свойства, методы исследования. Миасс. 2009. С. 10-12.

148. Урусов B.C., Сережкин В.Н. Дисторсия координационных полиэдров Vz+On и параметры модели валентностей связи V-O в неорганических кристаллах // Кристаллография. 2009. Т. 54, № 2. С. 218-223.

149. Фекличев В .Г. Берилл. М.: Наука. 1964. 125 с.

150. Ферсман А.Е. Цвета минералов. М.: Изд-во АН СССР. 1936:159 с.

151. Филатов С.К. Введение в высокотемпературную кристаллохимию // Кристаллохимия и структурный типоморфизм минералов. JL: Наука. 1985. С. 21-56.

152. Франк-Каменецкий В.А., Каменцев И.Е. Микроизоморфизм и условия образования кварца // Проблемы кристаллохимии минералов и эндогенного образования. 1967. С. 68-76.

153. Хайбуллин Р.И., Абдуллин С.Н., Степанов А.Л., Осин Ю.Н., Хайбуллин И.Б. Ионная имплантация в вязкие среды // Письма в ЖТФ. 1996. Т. 22, Вып. 3. С. 48-53.

154. Хисина Н.Р., Урусов B.C. Твердофазовые превращения в минералах с образованием гетерофазных наносистем // Рентгенография икристаллохимия минералов. С-Петербург, 2003. С. 313-314.

155. Хмельницкий Б.Р. Радиационное повреждение и графитизация алмаза при ионной имплантации. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Москва, 2008. 19 с.

156. Хомич A.B., Хмельницкий P.A., Дравин В.А., Гиппиус A.A., Заведеев Е.В., Власов H.H. Радиационное повреждение в алмазах при имплантации гелия // ФТТ. 2007. Т. 49, Вып. 9. С.1585-1589.

157. Цинобер Л.И:, Хаджи В.Е., Самойлович М.И., Балицкий B.C. Условия роста и реальная структура кристаллов кварца // IV Всесоюзн. совещ. По росту кристаллов. Ч. 2. 1972. С. 186-205.

158. Шевченко В.Я., Самойлович М.И. Геометрия, информация и строение наномира // Нано- й микросистемная техника. 2006. № 11. С. 2-7.

159. Щапова. Ю.В., Вотяков С.Л. Квантовохимическое ab initio моделирование атомного и. электронного строения дефектов в оксидных и силикатных минералах;- расчеты спектроскопических параметров //

160. Минералы: строение, свойства, методы исследования: Миасс. 2009. С. 6162.

161. Щербаков В.Д., Хайбуллин Р.И., Базаров В.В., Лопатин О.Н., Бахтин А.И. Фотолюминесценция природного кварца, имплантированного ионами железа // Материалы Междунар. Семинара «Кварц, кремнезем». Сыктывкар, 2004. С. 35-36,

162. Яковлева А.К., Овчинников Н.О., Никитина Л.П. Распределение катионов в структурах высокомагнезиальных оливинов по данным ядерной гамма-резонансной спектроскопии // ЗВМО. 1989. № 1. С. 119125.t

163. Abragam A., Bleaney В. Electron paramagnetic resonance of transition ions. Oxford University Press, Oxford. 1970. 399 p. •

164. Alexander A.E. The synthesis of rutile and emerald // J. Chem. Educ. 1949. V. 29, N5. P. 254-257.

165. Alves E., Margues C., Silva R.C., Monteiro T.', Soares J., McHargue C., Ononye L.C., Allard L.F. Structural and optical studies of Co andTi implanted sapphire //Nucl. Instr. and Meth. In Phys. Res. B. 207. 2003. P. 55-62.

166. Amekura H., Umeda N., Kishimoto N. Near-surface sensitive infrared reflection spectroscopy on Si02 implanted with high-flux negative ions // Vacuum. 2004. V 74. P. 549-553.

167. Andersson P.O., Kollberg E.L. Extra EPR spectra of iron-doped rutile // Phys. Rev. B. 1973. V. 8, N 11. P. 4956-4965.

168. Annersten H., Adetunji J., Filippidis A. Cation ordering in Fe Mn silicate olivines // Amer. Mineral. i984. V. 69. P. 1110-1115.

169. Bakhtin A.I., Lopatin O.N., Khaibullin R.I., Khaibullin I.B. Optical properties and crystal chemistry of synthetic rutile implanted with cobalt ions // Geology of Ore Deposits.-2007. V. 49, N 7. P. 652-658.

170. Beckwith P.J., Troup G.J. The optical and'infrared absorption of V3+ in beryl (Be3Al2Si6018) // Phys. Status Solid (a). 1973. V/. 16, N 1. P. 181-186.

171. Bin L.L., Ling D.L., Xiang Z.C., Cheng L.T. Defects in sapphire: Mn induced by neutron irradiation // Nuck. Instr. and Meth. In Phys. Res. B. 1998. N141. P. 450-454.

172. Birle J.D., Gibbs G.V., Moore P.B., Smith J.V. Crystal structures of natural olivines // Amer. Mineral. 1968. V. 53. P. 807-824.

173. Bravo D., Lopez F.J. Superposition model analysis on the site symmetry i i *of Fe ions doping spinel crystals // J. Phys.: Condens. Matter. 1992. N 4. P.10335-10340.

174. Bravo D., Böttcher .R. Electron-nuclear double-resonance investigations on Cr3+ ions in natural MgAl204 spinel // J. Phys.: Condens. Matter. 1992. N 4. P. 7295-7306.i

175. Calistru D.M., Demos S.G., Alfano R.R. Direct obserration of second neighbor interactions for Cr4+doped forsterite by resonance Raman scattering // Appl. Phys. Lett. 1996. V. 68, N 16. P. 2207-2209.

176. Carter D.L., Okaya A. Electron paramagnetic resonance of' Fe3+ in Ti02 (rutile) // Phys. Rev. 1960. V. 118, N 6. P. 1485-1490.

177. Chithambo M.L., Raymond S.G., Calderon T., Townsend P.D. Low temperature luminescence of-transition metal-doped beryls // J. African Earth Scinces. 1995. V. 20, N 1. P. 53-60. '

178. Cronemeyer D.C. Electrical and optical properties of rutile single crystals // Phys. Rev. 1952. V. 87, N 5. P. 876-886.

179. Denisov I.G., Bachtin A.I., ICalchev Y.P., Denisova N.V. Registierverfahren und Darstellung elektronisch optischer Absorptions- und Durchlasspectren. Deutsches Patentamt. N 196 18 583.1. 1996.

180. Denisov I.G., Denisova N.V., .Bachtin A.I., Jassonov P.G. Tragbares, Automatisiertes, Breitbandiges, Mikrospektro-fotometrisches Gerat. Deutsches Patentamt. N 196 18 582.3. 1996.

181. Dresselhaus M.S., Kalish Rl Ion implantation in-diamond, graphite and related materials. Springer. 1992. 202 p.

182. Dvir M., Low W. Paramagnetic resonance and optical spectrum of ion in beryl//Phys. Rev. 1960. V. 119,N5;P. 1587-1591.

183. Eeckhont S.G., Neisie.us T., Castaneda C. Oxidation effects in beryl induced by synchrotron radiation // Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. 2005. V. 229. P. 73-77.t . ,

184. Falckenberg R. Flame fusion growth of spinel and sapphire crystals for ESEJ SOS technology//J. Electrochem.,Soc. 1976. V. 123, N 1. P. 63-65.

185. Ferguson I., Wood D.L., Van Vitert L.G. Crystal-field spectra d3,7 ions tetrahedral Co2+ in ZnAl204 spinel // J. Chemical Physics. 1969. V. 51. N 7. P. 2904-2910.

186. Fischer D. W. X-ray hand spectra, and molecular-orbital structure of rutileTi02//Phys. Rev. B. 1972. V. 5, N 11. P. 1134-1144.

187. Francis C.F., Ribbe P.H. The forsterite-tephroite series: I. Crystal structure refinements //Amer. Mineral. 1980. V. 65. P. 1263-1269.

188. Gaite J.M., Izotov V.V., Nikitin S.J., Prosvirin S.Y. EPR and optical spectroscopy of impurities in two synthetic beryl // Appl. Magn. Reson. 2001. N20. P. 307-315. ' ' •

189. Gems @ Gemology in Review.' Synthetic Diamonds. California, USA.2005. 295 p.

190. Gems @ Gemology in Review. Colored Diamonds. California, USA.2006. 318 p.

191. Gems @ Gemology in Review. Treated Diamonds. California, USA. 2008. 302 p.

192. Gorobets B.S., Rogojine' A.A. Luminescent spectra of minerals. Reference Book. Moscow, 2002. 303 p.

193. Gracia F., Holgado J.P., Caballero A., Go'nzalez-Elipe A.R. Structural, optical and photoelectrochemical properties of M"+-Ti02 model thin film photocatalysts // J. Phys. Chem. B. 2004. V. 108. P. 17466-17476.

194. Grambol D., Herrmann F., Heera V., Meijer J. Study of crystal'damage by ion implantation using-micro RBS/Channeling // Nucl. Instr. and Meth. inPhys. Res. B. 2007. V. 260. P. 276-280.

195. Guller S., Rameev B., Khaibullin R.I., Bayrakdar H., Aktas B. EPR study of paramagnetic Fe3+ centers in iron-implanted Ti02 rutile // Abstracts of International Conference on Nanoscale Magnetism. Turkey, 2005. P. 63.

196. Guller S., Rameev B., Khaibullin R.I., Lopatin O.N., Aktas B. EPR study of Mii-implanted single crystal Ti02 // Journal of Physics. 2009. V. 153. P. 01052-1 -01052-6.

197. Guller S., Rameev B., Khaibullin R.I.', Lopatin O.N., Aktas B. EPR-study of Mn-implanted single crystal plates of Ti02 rutile // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2010. V. 322. P. 113-117.

198. Henderson B., Imbusch G.F. Optical spectroscopy of inorganic solid. Clarendon, Oxford. 1989. 77 p.

199. Hong N.H., Sakai J., Prellier W., et al. Ferromagnetism in transition-metal-doped Ti02 thin films // Phys. Rev. B, 2004. V. 70. P. 195204-1 -195204-6.

200. Hutton D.R., Darman F.A., Troup G.J. Electron spin resonance of V4+ (V02+) in beryl // Aust. J. Phys. 1991. N 44. P. 429-434.

201. Hutton D.R., Pibrow J.R., Troup G.J., Warne J.O. Electron spin resonance of Ti3+ in synthetic beryl // Aust. J. Phys. 1992. N 45. P. 263-260.

202. Intarasiri S., Bootkul D., Yu L.D., Kamwanna T., Singkarat S., Vilaithong T. Gemological modification of local natural gemstones by ion beams // Surface & Coatings Technology. 2009. V. 203. P. 2788-2792.

203. Ishii T., Fujimura K., Ogasawara K., Adachi H., Tanaka I. Theoretical calculation for the multiplet-structures of tetrahedrally coordinated Cr4+ in silicate crystals // J. Phys.: Condens. Matter. 2001. N 13. P. 5737-5784.

204. Jackson R.A., Valerio M.E. Computer melling of doping and ion implantation in F70H"- topaz // Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. B. 2004. N 218. P. 42-45.

205. Jia W., Liu H., Jaffe S., Yen W.M. Spectroscopy of Cr3+ and Cr4+ ions in forsterite // Phys. Rev. B. 1991. V. 43, N 7. P. 5234-5242.

206. Jia W., Liu H., Tissue B.M., Yen W.M. Valence and'site occupation of chromium-ions in single-crystal forsterite fibers // J. Cryst. Growth. 1991. V. 109: P. 323-328. - •

207. Khaibullin R.I., Lopatin O.N.', Vagizov F.G., Bakhtin A.I., Khaibullin I.B. Optical and Mossbauer investigations of iron' ion-irradiated natural beryl //9 . *

208. Abstracts I Eurasia Conference on nuclear, science and its application. Ancara, Turkey, 2000. P. 210-211.'

209. Khaibullin R.L, Lopatin O.N., Vagizov F.'G:, Bazarov V.V., Bakhtin A.I., Khaibullin I.B., Aktas B. .Coloration of natural beryl by iron ion implantation // Abstracts of International Conference Center Kobe IBMM. Kobe, Japan, 2002. P. 74-75.

210. Khaibullin R.I., Popok VX, Bazarov V.V., Zheglov E.P., Rameev B.Z., Okay C., Tagirov L.R., Aktas B. Ion synthesis of iron granular films in polyimide // Nucl. Instr.:and Meth. in Phys. Res.-B, 2002. V. 191, N 1-4. P. 810-814.

211. Khaibullin R.I., Lopatin O.N., Vagizov F.G., Bazarov V.V., Bakhtin A.I., Khaibullin.LB., Aktas B. Coloration of natural beryl by iron ion implantation // Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. B. 2003. V. 206. P. 277-281.

212. Khaibullin R.I., Tagirov L.R., Rameev B.Z., Ibragimov Sh.Z., Yildiz F., Aktas B, High Curie-temperature ferromagnetism in cobalt-implanted single-crystalline rutile // J. Phys.: Coridens. Matter.;2004. V. 16. P. L443-L449.

213. Khaibullin R.I., Ibragimov- Sh.Z., Tagirov L.R., Popok V.N., Khaibullin I.B. Formation of anisotropic ferromagnetic response in rutile (Ti02) implanted with cobalt ions // Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. B. 2007. V. 257. P. 369373.

214. Khmelnitsky R.A.,. Zavedeev E.V., Khomich A.V., Gooskov A.V., Gippius A.A. Blistering in diamond implanted with hydrogen ions // Vacuum. 2005. V. 78. P. 273-279.

215. Khomenko V.M., Langer K., Rager H., Fett A. Electronic absorption by Ti3+ ions and electron derealization in synthetic blue rutile // Phys. Chem. Minerals. 1998. V. 25. P. 338-346.

216. Kim C.C., Bell M.I., Keown D.A. Vibrational analysis of beryl (Be3Al2Si6Oi8) and its constituent ring (Si6018) // Physika B. 1995. N 205. P. 193-208.

217. Kim T., Jang H., Whang C. Thermoluminescence of ion-implanted A1203 //Nucl. Instr. and Meth. In Phys. Res. B. 1999. N 155. P. 295-300.

218. Krebs J.J., MaisGh W.G. Exchange effects in the optical-absorption spectrum of Fe3+ in A1203 // Phys. Rev. B. 1971. V. 4, N 3. P. 757-769.

219. Kreibig U., Volmer M. Optical properties of metal' nanoclusters. Berlin: Springer. 1995. 553 p.

220. Kristianpoller N., Rehari A., Shmilevich A., Weiss D., Chen R. Radiation effects in pure and doped AI2O3 crystals // Nucl. Instr. and Meth. In Phys. Res. B. 1998. N141. P. 343-346.

221. Lager G.A., Meagher E.P. High temperature structural study of six olivines //Amer. Mineral. 1'978. V. 63. P. 365-377.

222. Lagerlof K.P., Grimes R."W. The defect chemistry of sapphire (A1203) // Acta Mater. 1998. V. 46, N 16. P. 5689-5700.

223. Langouche G. Amorphization of diamond by low temperature 133Xe-ion implantation//Hyperfme Interactions. 1986. N 29. P. 1283-1286.

224. Lee J.K., Hundley M.F., Thompson J.D.,- Schulze R.K., Jung H.S., Valdez J.A., Nastasi M., Zhang X. Magnetic anisotrop'y study of ion-beam synthesized cobalt nanocrystals // Appl. Phys. Lett. 2006. V. 89. P. 182502.

225. Lenglet M., Lefez B. Infrared optical properties of cobalt spinels // Solid State Com. 1996. V. 98, N 8. P. 689-694.

226. Luff B., Townsend P. Cathodoluminescence of syntetic quartz // J. Phys.i

227. Condens. Matter. 19901 V. 2. .P. 8089-8097.

228. Mardare D., Rusu G.I., Iacomi F. et al. Chromium-doped titanium oxide thin films // Materials Science and Engineering B. 2005. V. 118. P. 187-191.

229. Marfimin A.S. Spectroscopy, luminescence and radiation centres in minerals. Berlin: Springer. 1979. 352 p.

230. Margues C., Falcao A., da Silva R.C., Alves E. Annealing behavior of natural topaz implanted with W and Cr ions // Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. 2000. B V. 166 167. P. 204-208.

231. Marques C., Falcao A., da Silva R.C., Alves E. Structural and optical characterization of topaz implanted with Fe and Co ions // Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. 2002. V. B191. P. 312-316.

232. Meldrum A., Boatner L.A., Sorge K. Microstructure and magnetic properties of Co nanoparticles in ion-implanted AI2O3 // Nucl. Instr. and'Meth. In Phys. Res. B. 2003. V. 207, N 1. P. 36-40.

233. Meldrum A., Zinkle S J., Boatner L.A., Ewing R.C. Heary-ion irradiation effects in the AB04 orthosilicates:f Decomposition, amorphization, and recrystallization // Phys. Rev. B. 2004. V. 59, N 6. P. 3981-3992.

234. Mittani J.C., Watanabe S., Chubaci J.F., Matsuoka M., Baptista D.L., Zawislak F.C. Radiation effects on colourless silicates of beryl // Nucl. Instr. and Meth. In Phys. Res. B. 2002. N 191. P. 281-284.

235. Mittani J.C., Watanabe S., Chubaci J.F., Baptista D.L., Zawislak F.C. Ion beam modification of colorless silicates of beryl // Surfuce and Coatings Technology. 2002. N 158-159. P. 708-711.

236. Mittani J.C., Watanabe S., Matsuoka M., Baptista D.L., Zawislak F.C. Doping by diffusion and implantation of V, Cr, Mn and Fe ions in uncoloured beryl crystals // Nucl. Instr. and Meth. In Phys. Res. B. 2004. N 218. P. 255258.

237. Moulton P.F. 'Spectroscopic and laser characteristics of Ti : AI2O3 // J. Optic. Society of Amer. 1986. V. 3. P. 125-133.

238. Nasdala L. Pb+ irradiation of synthetic zircon (ZrSi04): Infrared spectroscopic investigation — Discussion // Amer. Mineral. 2009. V. 94. P. 853855.

239. Nastasi M., Mayer J.W., Hirvonen J.K. Ion-solid interactions: fundamentals and applications. Cambridge: Univer. Press. 1996. 578 p.

240. Noda S., Doi H., Kamigaito O. Co+-ion implanted sapphire-annealing in oxidizing atmosphere // J. Mater. Res. 1989. V. 4, N 3. P. 671-677.

241. Ohkubo M., Hioki T., Kawamoto J. Recrystallization-driven migration of implanted ions in sapphire and resultant-oriented precipitation // J. Appl. Phys. 1986. V. 60, N 4. P. 1325-1335.202 ' :•.■•' .

242. Ohkubo M., Hioki T., Kawamoto J. Magnetic properties of Fe-implanted sapphire // I-: Appl. Phys. 1987. V. 62, N 7. P. 3069-3071.

243. Palmer D;W. Oxygen diffution in quartz studied by proton bombardment; // Nucl. Instr. and Meth. 1965. V. 38. P. 187-192.

244. Pappalardo R., Wood D.L., Linares R.Z. Optical absorption study of Co-doped oxide systems // J. Chemical Physics-. 1961. V. 35, N 6. P. 2041-2059.

245. Perez A., Marest G., Sawicka B.D., Sawicki J.A., Tyliszak T. Iron-ion-implantation effects in MgO crystals // Phys. Rev. B. 1983. V. 28, N 3. P. 12271238. ' :*

246. Petit J.C., Dran J.C., Delia, Mea. Effects of ion implantation on the dissolution of minerals. Part II: Selective dissolution // Bull. Franc, de Miner, et de Cristal. 1987. N 110. P. 25-42.

247. Petricevic V., Gayen S.K., Alfano R.R. Near infrared'tunable operation of chromium doped forsterite laser//Appl. Opt. 1989. V. 28. P. 1609-1611.

248. Rager FL, Weisér G. Polarized absorption spectra of trivalent chromium in forsterite, Mg2Si04://:Bull. Mineral. 1981.V. 104. P. 603-609.

249. Rager H., Hosoya S., Weiser G. Electron .paramagnetic resonance and polarized optical absorption spectra of Ni2+ in synthetic forsterite // Phys. And Chem. Miner. 1988. V. 12, N 4.:P. 383-389.

250. Rao E.V.K., Moutonnet D. Buried optical waveguides infused silica by high-energy oxygen ion implantation // J. Appl. Phys. 1975. V. 46. P. 955-957.

251. Reed S.J.B. Electron microprobe analysis. Cambridge University. Press, Cambridge. 1975. 400 ¡p.

252. Roberts W.L., Rapp G.R., Weber J. Encyclopedia of Minerals. Reinhold, New York. 1974. 693 p,

253. Rohde H.J., Schwase St. Die Io'nenimplantation und ihre Anwendung in der HalbleitertechnikV/ Nachrichtentechnik Electronik. 1971. N 4. P. 151-164.

254. Ruge J., Muller'H. Die Ionenimplantation als Dotierungstechnologie. 1968. 625 p.

255. Runciman W.A., S.engupta D., Gourley j.T. The polarized spectra of iron in silicates. II. Olivine // Amer. Mineral. 1973. V, 58, N 5-6. P. 451-456.

256. Russ J.C. Energy dispersion X-ray analysis: X-ray and electron probe analysis // ASTM Spec. Publ.1971. 285>p.

257. Saito Y., Horie H., Suganomata S. Coloration of sapphire by Co ion implantation //Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. B. 1991. V. 59/60. P. 11731176.

258. Sakamoto I., Honda S., Tanoue H., Hayashi N., Yamane H. Structural and magnetic properties of Fe ion implanted A1203 // Nucl. Instr. and Meth. In Phys. Res. B. 1999. V. 148, N 1-4. P.1039-1043.

259. Sakatani Y., Ando H., Okusalco K., et al. Metal ion and N Co-doped Ti02 as a visible-light photocatalyst // J. Mater. Res. 2004. V. 19, N 7. P.2100-2108.

260. Sherman D.M. Molecular orbital (SCF-Xa-SW) theory of metal-metal charge transfer processes in minerals // Phys. Chem. Minerals. 1987. V-. 14, N 5. P. 355-367.4

261. Solntsev V.P., TsvetkoV E.G., Alimpiev A.I., Machkovtsev R.I. Coordination and valent state of nickel ions in beryl and chrysoberyl crystals // Phys. Chem. Minerals. 2006. N 33. P. 300-313.

262. Stacey F.D;, Banerjee S.K., The physical, principles of rock magnetism. Amsterdam-London-New-York. 1974. 146 'p:,

263. Stepanov A.L., Khaibullin I.B. Fabrication of metal nanoparticles in sapphire by low-energy ion implantation // Rev.' Adv. Matter. Sci. 2005. V. 9. P. 109-129.

264. Szucs I., Dezsi I., Fetzer Cs., Langouche G. Iron implantation in gadolinium gallium garnet studied by conversion-electron Mossbauer spectroscopy // J. Phys.: Condens. Matter. 1998. V. 10. P. 101-110.

265. Takahashi E. Patrioning of Ni2+, Co2+, Fe2*, Mn2+ and Mg2+ between olivine and silicate melt: Compositional dependence of Patrition Coefficient // Geochim. Et Cosmochim. Acta. 1978. V. 42. P. 1829-1844.

266. Toyoda S. Production and dekay characteristics of paramagnetic defects in quartz: application to ESR dating. Osaka University, Japan. 1992. 106 p.205:

267. Tossel J.A., Vanghan D.J. The electronic structure of rutile, wustite and hematite from molecular orbital calculations // Amer. Mineral: 1974. V. 59. P. 319-334.

268. Townsend P.D. Development of ion implantation for optical applications //Vacuum. 1998. V. 51. P. 301-304. :

269. Townsend P.D-., Chandler P.J., Zhang L. * Optical effects of iontimplantation. Cambridge University Press, Cambridge. 1994. 280 p.

270. Wang X.L., Wang K.M., Fu G., Li S.L.,' Shen D.Y., Ma H.J., Nie R. Low propagation loss of the waveguides in fUsed -quartz by oxygen ion implantation // Optics Express. 2004. /V. 12, N'20. P. 245-250.

271. Watanabe Y., Takemura S., Kashiwaya Y, Ishii K. Reduction of hematite to magnetite induced by hydrogen ion implantation // J. Phys. D.: Appl. Phys. 1996. N29. P. 8-13.

272. Weeks R.A., Pigg J:C., Finch C.B. Charge-transfer spectra of Fe3+ and Mn2+ in synthetic forsterite:(Mg2Si04) // Amer. Mineral. 1974. V. 59, N 11-12. P. 1259-1266;

273. White W.B., Nansumura .M., Linnehan D.G. et ah Absorption and luminescence of Fe3+ in single-crystal orthoclase // Amer. Miner. 1986: V. 71, N11-12: P. 1415-1419.

274. Winchel A.N., Winchel H. Optical Mineralogy. New York. 1951. 562 p.

275. Wood D.L., Nassau K. The characterization of beryl and emerald by visible and infrared absorbtion spectroscopy // Amer. Mineral. 1968. V. 53, N 5-6. P. 777-800.

276. Yu R.M. Gemological colorimetiy // J. Gemmol. 1978. V. 16, N 4. P. 259-269.

277. Zhang Z.H., Chow L-., Pascbke K.,. Yu N., Tao Y.K., Matsuishi K., Meng R.L., Hor P., Chu W.K. High energy carbon ions implantation: An attempt to grow diamond inside copper // Appl. Phys. Lett. 1992. V. 61, N 22. P. 26502652.

278. Zhu W., Kochanski G.P., JirriT, Seibles L., Jacobson D.C., McCormack M., White A.E. Electron field emission from ion-implanted diamond // Appl. Phys. Lett. 1994. V. 67, N 8. P. 1157-1159.

279. Ziegler J.F., Biersack J.P., Littmark U. The stopping and range of ions in solids. Pergamon Press. New. York. 1985. (SRIM 2003 software at *http://www.srim.org/*). 1

280. Zimring L.I., Stont I,W. Polarized crystal spectra of CoF2 and Co0,06Zn0,94F2 // J. Chemical Physics. 1969. V. 51, N 10. P. 4197-4209.

Информация о работе

Лопатин, Олег Николаевич
доктора геолого-минералогических наук
Казань, 2010
ВАК 25.00.05

Диссертация

Ионная имплантация минералов и их синтетических аналогов - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы