Скаполиты — минералы, которые встречаются в виде больших и прозрачных кристаллов. Специалисты из Института геохимии им. А. П. Виноградова СО РАН (Иркутск) провели детальное их изучение и обнаружили собственные люминесцентные и радиационные дефекты.
Учёные предполагают, что скаполиты могут быть перспективным материалом для фотоники, в частности, для создания новых, более эффективных устройств и систем. Статья об этой работе опубликована в журнале Chemical Physics Letters.
Скаполит — минерал, относящийся к каркасным алюмосиликатам с дополнительными анионами. Он встречается в виде кристаллов и характеризуется высокой прозрачностью и значительными размерами. Структура скаполита позволяет активировать материал различными примесными ионами, такими как двух- и трёхвалентные ионы переходных металлов, ионы лантаноидов и анион-радикалы. Благодаря этому скаполит по-разному окрашен и бывает зеленовато-жёлтым, розовым, фиолетовым, тёмно-розово-фиолетовым. Минерал также обладает уникальными оптическими свойствами, такими как люминесценция в широком спектральном диапазоне. Это делает его перспективным материалом для использования в фотонике: например, для создания оптических сенсоров, лазеров, светодиодов и других устройств, работающих на основе оптических явлений.
В ходе совместной работы учёных из Иркутска, Института геологии и геохимии им. академика А.Н. Заварицкого УрО РАН (Екатеринбург) и Института физики твёрдого тела Латвийского университета (Рига, Латвия) было установлено, что скаполиты обладают потенциалом для противостояния радиационному воздействию благодаря своей структуре, образованной кремний-кислородными и алюминий-кислородными тетраэдрами.
Радиационно-наведёнными дефектами в скаполите, вызывающими синюю окраску, являются карбонатные анион-радикалы, которые находятся в полостях, образованных каркасом скаполита. Исследователи установили механизм образования этих дефектов.
«Помимо этого изучалась люминесценция примесных ионов в минерале. Полученные данные о типах примесной люминесценции в скаполите при возбуждении каркаса и внекаркасных комплексов в ходе исследования могут помочь в будущем при создании ультрафиолетовых и рентгеновских сенсоров и люминофоров. Кроме того, его свойства позволяют улучшать характеристики существующих устройств, делая их более эффективными и долговечными», — рассказал старший научный сотрудник Института геохимии СО РАН кандидат физико-математических наук Роман Юрьевич Шендрик.
Схематическое изображение скаполитового каркаса
Важную информацию о собственной люминесценции микропористых материалов и механизмах образования радиационных дефектов можно получить при возбуждении каркаса этих материалов в области вакуумного ультрафиолета. Для этого требуются достаточно яркие источники излучения. Ряд исследований был проведён на синхротроне MAX IV в городе Лунд, Швеция.
Образец скаполита для работы представлял собой синее непрозрачное удлиненное зерно с перламутровым блеском и был предоставлен Минералогическим музеем им. А.В. Сидорова Иркутского национального исследовательского технического университета. Гранулы или песчинки минерала были тщательно отобраны с фрагмента породы, найденной на Слюдянском месторождении, расположеном на южной оконечности озера Байкал.
Зерна скаполита отполировали, и из них специалисты подготовили тонкие пластины для спектроскопических исследований. Химические анализы, для которых использовался электронный микрозонд, проводились на кристаллах скаполита, погружённых в эпоксидную смолу и покрытых углеродом.
В промышленности скаполит используется в производстве керамики, стекла, фарфора и эмали. Благодаря своим свойствам он улучшает качество изделий и придает им оригинальный вид.
В настоящее время проводятся активные исследования по изучению различных аспектов свойств скаполита: оптических, электрических и механических. Ученые также анализируют методы синтеза и обработки минерала, которые позволят создавать устройства и системы с заданными характеристиками.
«Открытие станций фотолюминесценции на синхротронах в России пока не запланировано, но параметры нового ускорителя элементарных частиц ЦКП “Сибирский кольцевой источник фотонов” делают его идеальным кандидатом для таких исследований. Это может привести к значительным успехам в изучении перспективных материалов для фотоники, включая природные соединения», — отметил Роман Шендрик.
Текст: Юлия Сидорова.
Источник: «Наука в Сибири».