ダイヤモンドの結晶欠陥

ダイヤモンドの結晶格子に欠陥があることはよくあることです。このような欠陥は、ダイヤモンドの成長中または成長後に導入された格子の不規則性または外因性の置換不純物または格子間不純物の結果である可能性があります。欠陥はダイヤモンドの材料特性に影響を及ぼし、ダイヤモンドの種類を決定します。最も劇的な影響は、電子バンド構造によって説明されるダイヤモンドの色と電気伝導性にあります。

欠陥は、電子常磁性共鳴（EPR）、光（フォトルミネッセンス、PL）または電子ビーム（カソードルミネッセンス、CL）、およびスペクトルの赤外線（IR）、可視光線、紫外線部分の光の吸収を含むさまざまな種類の分光法によって検出できます。吸収スペクトルは、欠陥を特定するだけでなく、欠陥の濃度を推定するためにも使用されます。また、天然ダイヤモンドと合成ダイヤモンドまたは強化ダイヤモンドを区別することもできます。^[1]

ダイヤモンド分光法では、欠陥誘起スペクトルを番号付きの頭字語（例：GR1）でラベル付けする伝統があります。この伝統は、A、B、Cセンターなどのいくつかの注目すべき例外を除けば、一般的には従われています。しかし、多くの頭字語は混乱を招きます：^[2]

• 一部のシンボルは類似しすぎています (例: 3H と H3)。
• 偶然にも、EPRと光学的手法で検出された異なる中心に同じラベルが付けられました（例えば、N3 EPR中心とN3光学中心は無関係です）。^[3]
• N3（Nは天然、つまり天然ダイヤモンドで観察される）やH3（Hは加熱、つまり照射と加熱の後に観察される）などの頭字語の中には論理的なものもありますが、そうでないものも多くあります。特に、GR（一般放射線）、R（放射線）、TR（タイプII放射線）というラベルの意味には明確な区別がありません。^[2]

結晶中の欠陥の対称性は点群によって記述される。点群は結晶の対称性を記述する空間群とは異なり、並進運動がないため、その数ははるかに少ない。ダイヤモンドでは、これまでに以下の対称性の欠陥のみが観測されている：四面体（T _d）、正方晶（D _2d）、三方晶（D _3d、C _3v）、斜方晶（C _2v）、単斜晶（C _2h、C _1h、C ₂）、三斜晶（C ₁または C _S）。^{[2] [4]}

欠陥の対称性により、多くの光学特性を予測することができます。たとえば、純粋なダイヤモンド格子では、格子に反転中心があるため、1フォノン（赤外線）吸収は禁止されています。ただし、欠陥（NN置換ペアなどの「非常に対称的な」ものでも）を導入すると、結晶の対称性が破壊され、欠陥誘起赤外線吸収が発生します。これは、ダイヤモンドの欠陥濃度を測定する最も一般的な方法です。^[2]

高圧高温合成法^[5]や化学気相成長法[ ^{6] [7]}で成長した合成ダイヤモンドでは、四面体よりも対称性の低い欠陥が成長方向に整列する。このような整列はガリウムヒ素^[8]でも観察されており、ダイヤモンドに特有のものではない。

ダイヤモンドのさまざまな元素分析により、さまざまな不純物が明らかになっています。ただし、そのほとんどはダイヤモンド内の異物介在物に由来しており、そのサイズはナノメートルレベルで光学顕微鏡では見えないこともあります。また、イオン注入によってダイヤモンドに事実上あらゆる元素を注入することができます。より重要なのは、ダイヤモンドの成長中に孤立した原子（または小さな原子クラスター）としてダイヤモンド格子に導入される元素です。2008年までに、それらの元素は窒素、ホウ素、水素、ケイ素、リン、ニッケル、コバルト、そしておそらく硫黄です。マンガン^[9]とタングステン^[10]はダイヤモンドで明確に検出されていますが、異物介在物に由来している可能性があります。ダイヤモンドで孤立した鉄が検出されたこと^[11]は、後にダイヤモンド合成中に生成されたルビーの微粒子によるものと再解釈されました^[12] 。酸素はダイヤモンドの主要な不純物であると考えられていますが^[13] 、ダイヤモンドではまだ分光学的に特定されていません。^[要出典] 2つの電子常磁性共鳴中心（OK1とN3）は、当初は窒素酸素錯体に割り当てられ、後にチタン関連錯体に割り当てられました。^[14]しかし、割り当ては間接的であり、対応する濃度はかなり低いです（数ppm）。^[15]

ダイヤモンドに含まれる最も一般的な不純物は窒素で、質量比でダイヤモンドの最大1%を占めることがあります。^[13]以前は、ダイヤモンドの格子欠陥はすべて構造異常の結果であると考えられていましたが、その後の研究で、ほとんどのダイヤモンドに窒素がさまざまな構成で存在していることが明らかになりました。ほとんどの窒素は単一の原子としてダイヤモンド格子に入ります（つまり、窒素を含む分子は組み込まれる前に解離します）が、分子窒素もダイヤモンドに組み込まれます。^[16]

ダイヤモンドの光吸収やその他の材料特性は、窒素含有量と凝集状態に大きく依存します。すべての凝集構成は赤外線の吸収を引き起こしますが、凝集窒素を含むダイヤモンドは通常無色であり、可視スペクトルの吸収がほとんどありません。^[2] 4つの主要な窒素形態は次のとおりです。

C 中心は、ダイヤモンド格子内の電気的に中性の単一の置換窒素原子に対応する。これらは、電子常磁性共鳴スペクトル^[17]で簡単に確認できる（このスペクトルでは紛らわしいことに P1 中心と呼ばれる）。C 中心は濃い黄色から茶色を呈する。これらのダイヤモンドはタイプ Ibに分類され、宝石の形ではほとんど見られない「カナリア ダイヤモンド」として一般に知られている。高圧高温 (HPHT) 技術で製造される合成ダイヤモンドのほとんどは、C 形態で高レベルの窒素を含む。窒素不純物は大気またはグラファイト源に由来する。100,000 個の炭素原子あたり 1 個の窒素原子で黄色が生成される。^[18]窒素原子には 5 個の利用可能な電子（置換する炭素原子より 1 個多い）があるため、「ディープドナー」として作用する。つまり、置換する窒素はそれぞれ余分な電子を供与し、バンド ギャップ内にドナーエネルギー レベルを形成する。約 2.2 eVを超えるエネルギーの光は、ドナー電子を伝導帯に励起し、黄色になる。^[19]

C中心は、1344 cm ^{−1に鋭いピークを持ち、1130 cm −1}に広いピークを持つ特徴的な赤外線吸収スペクトルを生成します。これらのピークでの吸収は、単一の窒素の濃度を測定するために日常的に使用されています。^[20]提案された別の方法は、約260 nmでの紫外線吸収を使用するものでしたが、信頼性が低いとして後に却下されました。^[19]

ダイヤモンドのアクセプター欠陥はC中心の5番目の窒素電子をイオン化してC+中心に変換します。後者は1332 cm ⁻¹に鋭いピークを持ち、1115、1046、950 cm ⁻¹に広く弱いピークを持つ特徴的なIR吸収スペクトルを持っています。^[21]

Aセンターは、おそらく天然ダイヤモンドで最も一般的な欠陥です。これは、炭素原子を置換する中性の最も近い窒素原子のペアで構成されています。Aセンターは、約4 eV（310 nm、つまり目に見えない）で紫外線吸収閾値を生成するため、着色を引き起こしません。Aフォームに主に窒素を含むダイヤモンドは、タイプIaAとして分類されます。^[22]

A中心は反磁性であるが、紫外線や深部受容体によってイオン化されると電子常磁性共鳴スペクトルW24を生成し、その解析によりN=N構造が明確に証明される。^[23]

A中心はC中心やB中心とは明らかに異なる、鋭い特徴のないIR吸収スペクトルを示す。1282cm ^-1の最も強いピークは、A型の窒素濃度を推定するために日常的に使用される。^[24]

B中心（B1と呼ばれることもある）は、炭素原子を置換する4つの窒素原子に囲まれた炭素空孔で構成されているというのが一般的な見解である。^{[1] [2] [25]}このモデルは他の実験結果と一致しているが、それを裏付ける直接的な分光データはない。ほとんどの窒素がB中心を形成するダイヤモンドはまれであり、タイプIaBに分類される。ほとんどの宝石用ダイヤモンドには、A中心とB中心の混合物とN3中心が含まれている。

A中心と同様に、B中心は色を誘発せず、紫外線や可視光の吸収はB中心に起因するものではありません。N9吸収系がB中心に割り当てられたことは、後に反証されました。^{[26] B中心は、1332 cm −1に鋭いピークと1280 cm −1}に広い特徴を持つ特徴的なIR吸収スペクトル（上記の赤外線吸収図を参照）を持っています。後者は、B形態の窒素濃度を推定するために日常的に使用されます。^[27]

ダイヤモンドの多くの光学ピークは偶然にも同様のスペクトル位置を持ち、宝石学者の間で大きな混乱を引き起こしています。分光学者は欠陥の識別に1つのピークではなくスペクトル全体を使用し、個々のダイヤモンドの成長と処理の履歴を考慮します。^{[1] [2] [25]}

N3中心は、空孔を囲む3つの窒素原子で構成されています。その濃度は常にA中心とB中心のほんの一部です。^[28] N3中心は常磁性であるため、その構造はEPRスペクトルP2の分析から十分に正当化されます。^[3]この欠陥は、415 nmで特徴的な吸収線と発光線を生成するため、それ自体では色を誘発しません。ただし、N3中心には常にN2中心が伴い、478 nmで吸収線を持ちます（発光はありません）。^[29]その結果、N3/N2中心を多く含むダイヤモンドは黄色になります。

置換不純物としてホウ素を含むダイヤモンドはタイプ IIbと呼ばれます。天然ダイヤモンドのわずか 1 % がこのタイプで、ほとんどが青から灰色です。^[30]ホウ素はダイヤモンドのアクセプターです。ホウ素原子は炭素原子よりも利用可能な電子が 1 つ少ないため、炭素原子と置換する各ホウ素原子はバンドギャップに電子ホールを作成し、価電子帯から電子を受け入れることができます。これにより赤色光を吸収でき、電子が価電子帯から離れるのに必要なエネルギーが小さいため (0.37 eV) ^[31]、室温でもホウ素原子から価電子帯にホールが熱放出されます。これらのホールは電界内を移動し、ダイヤモンドを導電性にします(つまり、p 型半導体)。これが起こるにはごく少数のホウ素原子が必要で、一般的な比率は 1,000,000 個の炭素原子に対して 1 個のホウ素原子です。

ホウ素ドープダイヤモンドは、約250nmまでの光を透過し、赤色と赤外線の一部を吸収します（そのため青色になります）。短波紫外線にさらされると青色に燐光することがあります。 ^[31]光吸収とは別に、ホウ素受容体は電子常磁性共鳴によって検出されています。^[32]

リンは、化学気相成長法（CVD）で成長したダイヤモンドに、最大約0.01％の濃度で意図的に導入される可能性がある。^[33]リンはダイヤモンド格子内の炭素を置換する。^[34]窒素と同様に、リンは炭素よりも電子が1つ多いため、ドナーとして機能します。ただし、リンのイオン化エネルギー（0.6 eV）^[33]は窒素のイオン化エネルギー（1.7 eV）^[35]よりもはるかに小さく、室温での熱イオン化に十分小さい。ダイヤモンド中のリンのこの重要な特性は、紫外線発光ダイオード（LED、235 nm）などの電子用途に適しています。^[36]

水素は、ダイヤモンドを含む半導体において、技術的に最も重要な不純物の 1 つです。水素に関連する欠陥は、天然ダイヤモンドと合成ダイヤモンド膜で大きく異なります。これらの膜は、さまざまな化学蒸着(CVD) 技術によって、水素を豊富に含む雰囲気 (通常、水素/炭素比 >100) で、成長中のダイヤモンドにプラズマイオンを強く照射して生成されます。その結果、CVD ダイヤモンドは常に水素と格子空孔に富んでいます。多結晶膜では、水素の多くはダイヤモンドの「粒」間の境界、またはダイヤモンド以外の炭素介在物に存在します。ダイヤモンド格子自体では、電子常磁性共鳴によって、水素空孔^[37]および水素窒素空孔^[38]複合体が負電荷状態で特定されています。さらに、多数の水素に関連する IR 吸収ピークが記録されています。^[39]

水素は電気的に活性なホウ素^[40]やリン^[41]不純物を不活性化することが実験的に実証されている。このような不活性化の結果、浅いドナー中心が生成されると考えられる。^[42]

天然ダイヤモンドでは、水素に関連するIR吸収ピークがいくつか観察されるのが一般的で、最も強いピークは1405、3107、3237 cm ⁻¹にあります（上記のIR吸収図を参照）。対応する欠陥の微視的構造はまだわかっておらず、それらの欠陥がダイヤモンドに由来するものか、異物に由来するものかさえ定かではありません。オーストラリアのアーガイル鉱山産ダイヤモンドの一部が灰色を呈するのは、これらの水素欠陥と関連付けられることが多いのですが、これもまだ証明されていません。^[43]

高圧高温技術でダイヤモンドを成長させる場合、グラファイトからダイヤモンドへの触媒的変換を促進するために、ニッケル、コバルト、クロムなどの金属が通常成長媒体に添加されます。その結果、金属介在物が形成されます。さらに、電子常磁性共鳴、光吸収、および光ルミネセンススペクトルの特徴的な超微細構造によって実証されているように、孤立したニッケル原子とコバルト原子はダイヤモンド格子に組み込まれ、^[44]孤立したニッケルの濃度は0.01％に達することがあります。^[45]炭素原子と遷移金属原子のサイズの大きな違いとダイヤモンド格子の優れた剛性を考えると、この事実はまったく異例です。^{[2] [45]}

合成ダイヤモンドと天然ダイヤモンドの両方において、電子常磁性共鳴[ ^{5] [46]}光吸収および光ルミネセンス[ ^{5] [46]}によって多数の Ni 関連欠陥が検出されている。 ^[43]置換型 Ni、^[47]ニッケル空孔^[48]および 1 つ以上の置換型窒素原子で修飾されたニッケル空孔複合体^[46]の 3 つの主要な構造を区別することができる。 「ニッケル空孔」構造は「半二空孔」とも呼ばれ、ダイヤモンドおよびシリコン中のほとんどの大きな不純物に特有のものである（例えば、シリコン中のスズ^[49]）。その生成メカニズムは、一般に次のように受け入れられている。大きなニッケル原子が置換的に取り込まれ、次に近くの炭素を追い出し（隣接する空孔を生成し）、2 つのサイト間を移動する。

コバルトとニッケルの物理的、化学的性質はよく似ているが、ダイヤモンド中の孤立コバルトの濃度はニッケルの濃度よりもはるかに低い（10億分の1の範囲）。孤立コバルトに関連するいくつかの欠陥は、電子常磁性共鳴^[50]と光ルミネセンス^{[5] [51]}によって検出されているが、その構造はまだ不明である。

イオン注入とそれに続くアニール処理後のダイヤモンドでは、クロムに関連した光学中心が検出されている。^{[52] [53]}

シリコンは、化学蒸着法で成長したダイヤモンド膜によく見られる不純物で、シリコン基板またはCVDリアクターのシリカ窓や壁から発生します。また、天然ダイヤモンドにも分散した形で観察されています。^[54]ダイヤモンド格子には、738 nmでの鋭い光吸収ピーク^[55]と電子常磁性共鳴^[56]により、孤立したシリコン欠陥が検出されています。他の大きな不純物と同様に、ダイヤモンド中のシリコンの主な形態は、Si空孔複合体（半二空孔サイト）であると特定されています。^[56]この中心は、イオン化エネルギーが2 eVの深いドナーであるため、やはり電子用途には適していません。^[57]

Si空孔はシリコン全体のごく一部を占める。多くのシリコンが炭素を置換し、シリコンと炭素原子は外殻電子構造が同じであるため、ほとんどの分光技術では検出できないと考えられている（証拠はないが）。^[58]

ダイヤモンドには通常、ゲルマニウム、スズ、鉛は含まれていませんが、成長中またはその後のイオン注入によって導入される可能性があります。これらの不純物は、それぞれゲルマニウム空孔、^[59]、スズ空孔、鉛空孔中心^{[60]を介して光学的に検出することができ、これらは}Si空孔中心と同様の特性を持っています。^[61]

NV中心と同様に、Si-V、Ge-V、Sn-V、Pb-V錯体はすべて量子コンピューティングへの応用が期待されています。^{[62] [60]}

2000年頃、低い活性化エネルギーでn型導電性を得ることを目指して、合成CVDダイヤモンド膜に硫黄をドープする試みが相次ぎました。成功した報告は発表されましたが[ ^63] 、導電性がn型ではなくp型になり、硫黄ではなくダイヤモンド中の高効率p型ドーパントである残留ホウ素に関連していたため却下されました ^{[64] 。}

これまで（2009年）、ダイヤモンド中の孤立した硫黄欠陥に関する信頼できる証拠は（電子常磁性共鳴における超微細相互作用構造を通じて）1つしかありません。W31と呼ばれる対応する中心は、天然のタイプIbダイヤモンドで低濃度（百万分率）で観測されています。これは硫黄空孔複合体に割り当てられました。ここでも、ニッケルとシリコンの場合と同様に、半二空孔サイトです。^[65]

ダイヤモンドに本質的な欠陥を生成する最も簡単な方法は、アルファ（ヘリウム）、ベータ（電子）またはガンマ粒子、陽子、中性子、イオンなどの高エネルギー粒子の照射によって炭素原子を置換することです。照射は実験室または自然界で発生する可能性があります（ダイヤモンドの強化 - 照射を参照）。これにより、フレンケル欠陥（炭素原子が通常の格子位置から格子間位置に移動）と呼ばれる一次欠陥と、残りの格子空孔が生成されます。ダイヤモンドの空孔と格子間原子の重要な違いは、格子間原子は照射中に液体窒素温度であっても移動可能であるのに対し、^[66]空孔は約 700 °C の温度でのみ移動し始めることです。

空孔と格子間原子は、塑性変形によってダイヤモンド内に生成されることもありますが、その濃度ははるかに低くなります。

孤立格子間原子はダイヤモンドでは観測されたことがなく、不安定であると考えられている。通常の炭素格子原子との相互作用により、「分割格子間原子」と呼ばれる、2つの炭素原子が格子サイトを共有し、隣接する炭素原子と共有結合する欠陥が生じる。この欠陥は、電子常磁性共鳴（R2中心）^[67]と光吸収^{[68]によって徹底的に特徴付けられており、ダイヤモンドの他のほとんどの欠陥とは異なり、}光ルミネセンスを生成しない。

孤立したスプリット格子間原子は、照射中にダイヤモンド結晶中を移動する。他の格子間原子と出会うと、2つまたは3つのスプリット格子間原子のより大きな複合体に凝集し、電子常磁性共鳴（R1中心とO3中心）、^{[69] [70]}光吸収および光ルミネセンスによって識別される。^[71]

ほとんどの高エネルギー粒子は、炭素原子を格子位置から追い出すだけでなく、格子を素早く移動するのに十分な余剰エネルギーも炭素原子に与えます。しかし、比較的穏やかなガンマ線照射が使用される場合、この余分なエネルギーは最小限です。したがって、格子間原子は元の空孔の近くに残り、光吸収によって識別される空孔-格子間原子ペアを形成します。^{[71] [72] [73]}

空孔-二格子間原子対も電子照射によって生成され、異なるメカニズムで生成される：^[74]個々の格子間原子は照射中に移動し、凝集して二格子間原子を形成する。このプロセスは格子空孔の近くで優先的に起こる。

孤立空孔は、実験的にも理論的にも、ダイヤモンドにおいて最も研究されている欠陥である。その最も重要な実際的特性は、ダイヤモンドに緑色、あるいは時には緑青色（純粋なダイヤモンドの場合）を与える色中心のような光吸収である。この吸収の特徴は、GR1-8と呼ばれる一連の鋭い線であり、その中で741 nmのGR1線が最も顕著で重要である。^[72]

空孔は深い電子ドナー/アクセプターとして振る舞い、その電子特性は電荷状態に依存する。+/0状態のエネルギーレベルは価電子帯より0.6 eV高く、0/-状態のエネルギーレベルは価電子帯より2.5 eV高い。 [ ^75]

純粋なダイヤモンドを約 700 °C でアニールすると、空孔が移動して、光吸収と電子常磁性共鳴を特徴とする二重空孔を形成します。^[76] 単一格子間原子と同様に、二重空孔は光発光を生成しません。二重空孔は、次に、約 900 °C でアニールされ、EPR で検出される多空孔鎖と、おそらく六空孔リングを形成します^。後者はほとんどの分光法では見えないはずであり、実際にこれまで検出されていません。^[77]空孔のアニールにより、ダイヤモンドの色が緑から黄褐色に変わります。同様のメカニズム (空孔の凝集) により、塑性変形した天然ダイヤモンドが茶色になると考えられています。^[78]

転位は天然ダイヤモンドの最も一般的な構造欠陥である。転位には、異なるインデックス（互いに直接重なっていない）の原子層間で結合が切断されるグライドセットと、同じインデックスの原子間で切断が発生するシャッフルセットの2つの主要なタイプがある。転位はダングリングボンドを生成し、バンドギャップにエネルギーレベルを導入して光の吸収を可能にする。^[79]広帯域青色フォトルミネセンスは、電子顕微鏡での直接観察によって転位と確実に特定されているが、すべての転位が発光するわけではなく、転位の種類と発光のパラメータの間には相関関係がないことが指摘されている。^[80]

天然ダイヤモンドのほとんどには、<100> 格子面に「プレートレット」と呼ばれる拡張平面欠陥が含まれています。そのサイズはナノメートルから数マイクロメートルの範囲で、大きなものは発光により光学顕微鏡で簡単に観察できます。 ^[82]プレートレットは長い間、ダイヤモンド合成時の高温で窒素が凝集して生成される窒素シンクである大きな窒素複合体と暫定的に関連付けられていました。しかし、EELS (電子顕微鏡の分析技術) によるプレートレットの窒素の直接測定では、窒素はほとんど含まれていないことが明らかになりました。^[81]現在受け入れられているプレートレットのモデルは、炭素格子間原子の大きな規則的な配列です。^[83]

プレートレットは、 IR吸収スペクトルにおいて1359～1375 cm -1と330 cm ^{-1に鋭い吸収ピークを呈する。注目すべきことに、最初のピークの位置はプレートレットのサイズに依存する。 [81] [84]}転位と同様に、電子顕微鏡での直接観察により、プレートレットでは約1000 nmを中心とする幅広い発光が認められた。この発光を研究することにより、プレートレットには約1.7 eVの「バンドギャップ」があることが推測された。^[85]

ボイダイトは、電子顕微鏡で観察すると、多くの天然ダイヤモンドに存在する八面体のナノメートルサイズのクラスターです。^[86]実験室実験では、IaB型ダイヤモンドを高温高圧（> 2600 °C）で焼鈍すると、プレートレットが分解し、転位ループとボイダイトが形成されることが実証されました。つまり、ボイダイトはプレートレットの熱劣化の結果です。プレートレットとは対照的に、ボイダイトには分子の形で多くの窒素が含まれています。^[87]

外因性欠陥と内因性欠陥は相互作用して新しい欠陥複合体を生成することがあります。このような相互作用は通常、外因性欠陥 (不純物) を含むダイヤモンドが塑性変形されるか、または照射されてアニールされると発生します。

最も重要なのは、空孔および格子間原子と窒素との相互作用である。炭素格子間原子は置換窒素と反応して、1450 cm ⁻¹で強い IR 吸収を示す結合中心の窒素格子間原子を生成する。^[88]空孔は A、B、および C 窒素中心によって効率的に捕捉される。捕捉率は C 中心で最も高く、A 中心では 8 倍低く、B 中心では 30 倍低い。 [ ^89] C 中心（単一の窒素）は空孔を捕捉して、中性または負に帯電する有名な窒素空孔中心を形成する。 ^{[90] [91]負に帯電した状態は、}量子コンピューティングに応用できる可能性がある。A 中心と B 中心は空孔を捕捉すると、対応する 2N-V（H3 ^[92]と H2 ^[93]中心、H2 は単に負に帯電した H3 中心^[94]）と中性の 4N-2V（H4 中心^[95]）を生成する。 H2、H3、H4 センターは多くの天然ダイヤモンドに存在し、その光吸収がダイヤモンドの色を変えるほど強いため重要です (H3 または H4 – 黄色、H2 – 緑)。

ホウ素は炭素格子間原子と相互作用して、0.552 eV（2250 nm）で鋭い光吸収を示す中性ホウ素-格子間原子複合体を形成する。^[75]これまでのところ（2009年）、ホウ素と空孔の複合体に関する証拠は知られていない。^[25]

対照的に、シリコンは空孔と反応し、738 nmで上記の光吸収を生成します。 [ ^96]想定されるメカニズムは、置換シリコンによって移動する空孔が捕捉され、Si-V（半二空孔）構成が生じるというものです。^[97]

ニッケルについても同様のメカニズムが予想され、置換型と半二空孔型の両方の構成が確実に特定されている（上記の「ニッケルとコバルト」のサブセクションを参照）。未発表の研究では、置換型ニッケルを多く含むダイヤモンドに電子照射とアニールを施し、各アニールステップの後に慎重な光学測定を行ったが、Ni空孔中心の生成または増加の証拠は得られなかった。^[48]