近日，由于杰老师指导的宝石材料专业硕士研究生吴彤在Crystengcomm（IF=2.6）发表：Study on the visible-light absorption of quartz with different valence statesof iron，着重探讨了不同价态Fe离子对石英成色的影响机制。这项研究证明了石英的黄色主要由Fe3+、Fe2+和氧空位之间的电荷转移引起。氧空位对颜色的影响最大，高温使氧空位消失导致褪色。如下图所示。

访问地址：https://doi.org/10.1039/D4CE00250D

近2年来，于老师团队在宝石单晶致色机理方面开展了系列研究工作，分别如下；

成果1、2023年“TheVisible Light Absorption Mechanism for Cubic Zirconia by Cobalt-IonImplantation”为题，发表在期刊Physica Status Solidi B（IF=2.5）

通过离子注入法将Co离子掺杂到无色立方氧化锆（ZrO2）中并进行热处理后，样品从无色变为蓝色。热处理至1400℃后，颜色褪去，表明可见光吸收与Co离子的d轨道跃迁和氧空位有关。实验发现，在800℃加热2小时后，ZrO₂在593nm处开始显现可见光吸收，而在1400℃时这种吸收消失。Co离子引入氧空位，导致带隙缩小至2.14eV，使ZrO2对可见光的响应增强。最终的蓝色吸收峰与Co离子的d轨道和氧空位的相互作用相关，表明光吸收与F色中心有关。实验现象与实验模拟计算如下图所示。

访问地址：https://doi.org/10.1002/pssb.202300227

成果2：2022年以“Study onthecolor mechanism ofamethyst afterheat treatmentandfirst‑principle calculation”为题，发表在期刊Applied Physics A（IF=2.7）上

对天然紫水晶进行热处理可以导致颜色变化，从紫色变为无色或黄色。这一变化与铁元素的价态有关。通过使用UV-Vis光谱仪、XRD、XPS和EPR分析，发现紫水晶颜色的变化分为三个阶段：350℃以下为紫色，370℃至480℃为浅色，480℃以上为浅黄色。铁离子（尤其是Fe4+）的存在对紫色有显著影响，而Fe3+与O2−的电荷转移则导致黄色形成。热处理过程中颜色变化与Fe的电荷状态相关，而与氧空位无关。实验现象与实验模拟相互验证，如下图所示。

访问地址：https://doi.org/10.1007/s00339-022-06068-w

成果3：2022年以“The color mechanism of iron on quartz by ionimplantation”为题，发表在期刊Physica B: CondensedMatter（IF=2.8）上。研究利用离子注入法将铁注入到到无色合成石英中，以探讨铁对石英颜色变化的影响。通过紫外可见光谱、X射线衍射、X射线光电子能谱和电子顺磁共振能谱等分析方法，结合第一性原理计算，发现铁掺杂后石英的颜色变化与热处理温度、氧空位及铁价态变化有关。实验显示，石英在不同温度下呈现三种颜色：400℃以下为灰色，400℃至1200℃为黄色，1200℃以上为浅粉色。颜色变化机制包括Fe3+与O2-的电子转变和Fe-3d与O-2p的跃迁。实验现象与模拟计算结果如下图所示。

访问地址：https://doi.org/10.1016/j.physb.2021.413550