Минерал скаполит, использующийся в производстве керамики, стекла и фарфора, может стать основой для лазеров, светодиодов и сенсоров нового поколения. Ученые Института геохимии им. А. П. Виноградова СО РАН (Иркутск) обнаружили собственные люминесцентные и радиационные дефекты скаполитов.
В дальнейшем изучении скаполита может помочь «Сибирский кольцевой источник фотонов» (СКИФ), добавили исследователи. С помощью этого ускорителя они собираются продолжить поиски перспективных для фотоники природных материалов.
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 трехвалентные ионы переходных металлов, ионы лантаноидов и анион-радикалы. Благодаря этому скаполит по-разному окрашен и бывает зеленовато-желтым, розовым, фиолетовым, темно-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.
Ученые из Иркутска, Института геологии и геохимии им. академика А.Н. Заварицкого УрО РАН (Екатеринбург) и Института физики твердого тела Латвийского университета (Рига, Латвия) установили, что скаполиты обладают потенциалом для противостояния радиационному воздействию благодаря своей структуре, образованной кремний-кислородными и алюминий-кислородными тетраэдрами. Радиационно-наведенными 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 Шендрик.
Зерна скаполита отполировали, и из них специалисты подготовили тонкие пластины для спектроскопических исследований. Химические анализы, для которых использовался электронный микрозонд, проводили на кристаллах скаполита, погруженных в эпоксидную смолу и покрытых углеродом, сообщили в пресс-службе Сибирского отделения РАН.
В промышленности скаполит используется в производстве керамики, стекла, фарфора и эмали. Благодаря своим свойствам он улучшает качество изделий и придает им оригинальный вид.
«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.
Статья об этой работе опубликована в журнале Chemical Physics Letters.
