Российские исследователи раскрыли тайну голубого свечения минерала арктита
Специалисты из России впервые детально изучили кристаллическую структуру арктита — редкого минерала, встречающегося исключительно в Хибинском массиве на Кольском полуострове. Исследование позволило выявить уникальные характеристики его химического состава и внутреннего строения, которые способствуют свечению при ультрафиолетовом воздействии. Это открытие может привести к созданию синтетического аналога минерала, который найдет применение в электронной и светотехнической промышленности, включая компоненты для светодиодов и лазеров. Работа опубликована в журнале Physics and Chemistry of Minerals. Об этом сообщает сайт Ferra.
Как проводилось исследование
Арктит представляет собой фосфат кальция, натрия и бария, впервые обнаруженный в Хибинах в 1977 году. До недавнего времени минерал был доступен исследователям лишь в виде редких находок. Однако осенью 2022 года в ходе изучения отвалов породы с горы Юкспор были найдены многочисленные зерна арктита, которые при ультрафиолетовом освещении излучали яркое синее свечение.
Ученые из Кольского научного центра РАН совместно с коллегами из Института геологии и геохимии им. А.Н. Заварицкого, Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова и других научных организаций провели комплексное исследование образцов. В ходе работы был выполнен рентгеноструктурный анализ, а также инфракрасная и рамановская спектроскопия.
Что выяснили ученые
Такой подход позволил установить природу свечения минерала и уточнить его химический состав. Ранее в научной литературе предполагалось, что люминесценция обусловлена ионами европия и самария. Новые данные показали, что европий в этом процессе не участвует. Свечение обеспечивается парой редкоземельных элементов — церий и самарий. Церий поглощает ультрафиолетовую энергию и передает ее самарию, который затем излучает видимый свет.
Кроме того, исследователи обнаружили в структуре арктита водородсодержащие компоненты: гидроксильные и гидрофосфатные группы, а также ионы водорода. Ранее содержание этих компонентов в арктите не фиксировалось.
Какими свойствами обладает минерал
Кристаллическая структура минерала состоит из чередующихся слоев икосаэдров бария, связанных фосфатными тэтраэдрами, и анион-центрированных тримеров. Такое строение позволяет минералу сохранять прочность при температурах до 500°C.
Синтезировать подобную многокомпонентную структуру с нуля крайне затратно. По мнению авторов, детальное описание строения кристаллической решетки арктита поможет решить эту проблему и создать основу для производства сверхъярких и термостойких люминофоров — объектов, преобразующих энергию в свет. Такие разработки могут быть особенно востребованы при создании светодиодных систем и лазерной оптики.
