Центри забарвлення, дефекти кристалічної решітки, що поглинають світло в спектральної області, в якій власне поглинання кристала відсутнє (див. Спектроскопія кристалів ) . Спочатку термін «Ц. о.» відносився лише до т.з. F -центрам (від йому.(німецький) Farbenzentren), виявленим вперше в 30-х рр. в лужно-галогенних кристалах Р. В. Полем із співробітниками (Німеччина) і що є аніонні вакансії, що захопили електрон [модель французького ученого де Бура, підтверджена експериментально і теоретично розрахована С. І. Пекаром (СРСР)]. Надалі під Ц. о. стали розуміти будь-які точкові дефекти в кристалах, що поглинають світло поза областю власного поглинання кристала — катіонні і аніонні вакансії, міжвузольні іони (власні Ц. о.), а також домішкові атоми і іони (домішкові центри). Ц. о. виявляються в багатьох неорганічних кристалів і в стеклах; вони широко поширені в природних мінералах.
Власні Ц. о. можуть бути створені дією іонізуючих випромінювань і світла, відповідного області власного поглинання кристала (фотохімічне фарбування). Такі Ц. о. називаються наведеними. При фотохімічному фарбуванні нерівноважні носії заряду (електрони провідності і дірки), виниклі під дією випромінювання, захоплюються дефектами кристала і змінюють їх заряд, що обумовлює появу нових смуг в спектрі поглинання і зміну забарвлення кристала. Зазвичай з'являється принаймні 2 типи Ц. о. — із захопленим електроном (електронний Ц. о.) і діркою (дірковий Ц. о.). Якщо частки або фотони, що породжують фарбування, несуть чималу енергію, то вони можуть утворювати нові дефекти (див. Радіаційні дефекти в кристалах ) , які теж зазвичай виникають парами (наприклад, вакансія — міжвузольний іон). Наведені Ц. о. можуть бути зруйновані при нагріванні (термічне знебварвлення) або дії світла відповідного спектральної області поглинання самих Ц. о. (оптичне знебварвлення). Під дією тепла або світла один з носіїв заряду, наприклад електрон, звільняється з дефекту, що захопив його, і рекомбінує з діркою. Такий процес може супроводитися люмінесценцією, якщо енергія, що виділилася при цьому, випускається у вигляді кванта світла. Під дією тепло може зникати і пари дефектів (наприклад міжвузольний атом може заповнити відповідну вакансію). В цьому випадку люмінесценція, як правило, не спостерігається — вся енергія, що виділилася, перетворюється на тепло.
При іншому способі створення власних Ц. о., званому аддитивним фарбуванням, носії заряду, необхідні для створення Ц. о., вносяться до кристала ззовні, а не утворюються в нім самому (звідси термін «аддитивне фарбування», тобто фарбування при додаванні чого-небудь). Це досягається прогріванням в парах металу або введенням електронів в нагрітий кристал із загостреного катода, або ж за допомогою електролізу. При прогріванні в парах металу атоми металу дифундують всередину кристала, заповнюють катіонні вакансії і, віддаючи свої електрони аніонним вакансіям, утворюють F -центри. В деяких випадках (наприклад, в разі флюориту ) власні Ц. о. можуть виникати в процесі кристалізації . Ц. о., що утворюються при аддитивному фарбуванні і кристалізації, не можуть бути знищені термічно або оптично — для їх руйнування потрібні інші дії. Так аддитивно забарвлені лужно-галогенні кристали обезбарвлюються при нагріванні в атмосфері галогену; флюорит удалося отримати незабарвленим, змінивши умови кристалізації.
якнайповніше F -центри вивчені в лужно-галогенних кристалах, але виявлені вони і в ін. кристалах. F -центр в лужно-галогенних кристалах обумовлює селективну смугу поглинання колоколообразного вигляду ( F -полосу), зазвичай, у видимої області спектру, що зміщується для кристалів з однаковими аніонами (катіонами) і різними катіонами (аніонами) у бік довгих хвиль при збільшенні атомної ваги катіона (аннона). Наприклад, в NACI F -полоса має максимум поглинання в синьою області спектру (l = 465 нм ) і колір кристала — жовто-коричневий (додатковий колір), в Kcl — в зеленої області (l = 563 нм ) і кристал виглядає фіолетовим.
В лужно-галогенних кристалах виявлені і ін. складніші власні Ц. о. — F -агрегатниє електронні центри: F 2 (або М-код ) , F 3 (або R ) , F 4 (або N ) , є відповідно два, три і чотири зв'язаних F -центра (тобто дві, три або чотири аніонні вакансії, що захопили 2,3,4 електрона); F 2 + , F 3 + — іонізованниє F 2 - і F 3 -центри і ін. Діркові центри в лужно-галогенних кристалах представлені молекулярними іонами галогену (наприклад, Cl), що захопили дірку (тобто що віддали один електрон), що займають положення двох нормальних іонів ( V до -центр) або положення одного іона ( Н- центр), які можуть знаходитися у поєднанні з вакансією сусіднього катіона ( V F -центр) або двох катіонів ( V t -центр).
Домішкові Ц. о. — чужорідні атоми або іони, упроваджені в кристал, стекло або ін. основу. У кристали для утворення домішкових Ц. о. домішка вводиться в розплав або розчин в процесі кристалізації або ж шляхом дифузії в готовий кристал. Домішкові атоми і іони так само, як і ін. точкові дефекти, можуть захоплювати електрон або дірку, внаслідок чого змінюють смугу поглинання кристала і його забарвлення. Наведені домішкові Ц. о. виникають в кристалах і стеклах, що містять домішки, при фотохімічному фарбуванні завдяки зміні заряду домішці. В більшості випадків іони домішки, що входять в наведені Ц. о., мають валентність, відмінну від іонів основи. Так, наприклад, в кристалі Kcl з домішкою Tl домішковий Ц. о. — іон Tl + , а наведені домішкові Ц. о. — атоми Tl і іони Tl 2+ ; у рубіні (Al 2 O 3 з домішкою Cr) домішковий Ц. о. — іон Cr 3+ , наведені домішкові Ц. о. — іони Cr 2+ і Cr 4+ . Все наведені Ц. о. можуть бути зруйновані оптично або термічно.
В кристалах з домішками виявлені також Ц. о. змішаного типа: F A -центри і Z -центри. Перші є F -центри, розташовані поряд з іоном домішки (активатором), другі (у лужно-галогенних кристалах) — F -центри, пов'язані з вакансіями і з двовалентними домішковими іонами (Ca, Sr). Спостерігаються також складні домішкові Ц. о., що складаються з двох або більш за частки домішки одного або різних сортів. Наприклад, в лужно-галогенних кристалах виявлені домішкові Ц. о.. пов'язані з впровадженням іонів (О - , O 2 - , S 2 - , S 3 - , So 2 - , Po 4 2- , Co 3 2- і ін.). Ц. о. під впливом зовнішніх дій (світло, тепло, електричне поле) можуть коагулювати, утворюючи т.з. колоїдні центри.
Ц. о., будучи центрами захвату електронів і дірок, можуть служити центрами люмінесценції (див. Центри свічення ) . Найбільш ефективним методом дослідження Ц. о. є електронний парамагнітний резонанс у поєднанні із спектральними дослідженнями, що дозволяє розшифрувати будову Ц. о.
Фарбування і знебварвлення кристалів і стекол широко застосовується в науковому експерименті і в техніці. Воно використовується в дозиметрії ядерних випромінюванні, в обчислювальній техніці (пристрою для зберігання інформації), в пристроях, де застосовуються фотохромниє матеріали (сонцезахисні стекла, що темніючі під дією сонячного світла і прояснюються в темноті) і ін. У археології і геології по дослідженнях Ц. о., що виникли під дією випромінювання радіоактивних елементів, що знаходяться в товщі Землі, визначають вік глиняних виробів і мінералів (див. Геохронологія ) . Забарвлення ряду коштовних каменів і самоцвітів пов'язане з Ц. о. (аметист, цитрин, алмаз, амазоніт і ін.). Деякі кристали і стекла з домішковими Ц. о. використовуються як активне середовище в лазерах (рубін, стекло з домішкою Nb і др.; див.(дивися) Квантова електроніка, Лазер ) .
Літ.: Пекар С. І., Дослідження по електронній теорії кристалів, М. — Л., 1951; Кац М. Л., Люмінесценція і електронно-діркові процеси у фотохімічно забарвлених кристалах лужно-галоїдних з'єднань Саратов, 1960; Physics of color centers, N. Y. — London, 1968; Townsend P. D., Kelly J. C., Colour centers and imperfections in insulators and semiconductors, L., 1973; Марфунін А. С., Спектроскопія, люмінесценція і радіаційні центри в мінералах, М., 1975.
