Ученые выяснили, из-за чего меняются оптические свойства граната

Ученые выяснили, из-за чего меняются оптические свойства граната

0 9

Детальное исследование показало, что понижение симметрии и как следствие изменение оптических свойств граната связано с упорядочением катионов железа и магния в октаэдрических позициях. Подобное упорядочение возможно только при условии медленного роста кристаллов и относительно низкой температуры кристаллизации. Исследователи предполагают, что призматическая форма кристаллов вероятнее всего связана с мероэдрическим двойникованием во время роста кристаллов. Необычные свойства изученного минерала могут найти применение для производства новых оптических материалов.

Создание новых и модификация существующих оптических материалов – глобальная проблема современного материаловедения. В начале 1960-х годов появились иттрий-алюминиевые гранаты (Y3Al5O12) и некоторые другие разновидности синтетических гранатов с добавлением легирующих компонентов. С тех пор их успешно используют в производстве твердотельных лазеров, применяемых в обработке материалов, медицине и лазерной дальнометрии. Методики и технологии кристаллографических исследований с каждым годом совершенствуются.

Геологи открывают новые минералы, выявляя закономерности их строения, которые могут лечь в основу создания новых материалов с уникальными и заранее заданными свойствами. Ранее ученые Кольского научного центра открыли первый природный тригональный представитель надгруппы граната – никмельниковит, Ca12Fe2+Fe3+3Al3[SiO4]6(OH)20, являющийся оптически одноосным и представляющий несомненный интерес для оптических исследований. Статью об этом минерале они опубликовали в международном журнале Mineralogical Magazine.

Парагенезис и морфология никмельниковита и сопутствующих минералов. (a,b) Корки никмельниковита (1) на андрадите (2), ассоциирующие с глаголевитом (3), тоберморитом (4), натролитом (5). (c) BSE изображение поперечного среза андрадита с эпитаксиальной никмельниковитовой коркой, натролитом и более поздними пучками стронционита (6). (d) Вторично-электронные изображения коры никмельниковита со сферулитами гроссуляра, замещенного H4O4 (7). (e) Октаэдрические агрегаты сложных гидрогранатовых фаз, связанных с глаголевитом и тоберморитом / ©Пресс-служба КНЦ РАН

Новым объектом исследования научного коллектива стали необычные по форме выделений кристаллы кальциево-алюминиевого граната гроссуляра, найденные во время полевых работ 1992-1994 годов на правом берегу реки Вилюй в Якутии. Внимание ученых привлекли призматическая форма кристаллов гроссуляра и необычные оптические свойства (наличие двойного лучепреломления). В журнале Crystals опубликована совместная работа сотрудников Кольского научного центра и Силезского университета, посвященная его морфологии, кристаллической структуры, химического состава, а также особенностей колебательных спектров.

Детальное исследование показало, что понижение симметрии и как следствие изменение оптических свойств граната связано с упорядочением катионов железа и магния в октаэдрических позициях. Как и в случае с никмельниковитом, подобное упорядочение возможно только при условии медленного роста кристаллов и относительно низкой температуры кристаллизации. Об этом свидетельствует вхождение в структуру гроссуляра Н4О44‒ групп вместо SiO4.

Ученые предполагают, что призматическая форма кристаллов вероятнее всего связана с мероэдрическим двойникованием во время роста кристаллов. Необычные свойства изученного минерала могут найти применение для производства новых оптических материалов. Это исследование – одно из цикла работ, поддержанных президентским грантом «Кристаллохимия минералов групп граната и везувиана: минералогия, эволюция, генезис, синтез». 

Источник