Ученые СПбГУ открыли три новых минерала и назвали их в честь коренных народов Камчатки — Naked Science
22.07.2020
СПбГУ

Ученые СПбГУ открыли три новых минерала и назвали их в честь коренных народов Камчатки

5.5

Ученые кафедры кристаллографии СПбГУ во время экспедиции на Камчатку обнаружили сразу три уникальных минерала, которые благодаря своим свойствам будут востребованы в различных сферах высокотехнологичной промышленности: от микроэлектроники до создания квантовых компьютеров. Назвали находки в честь коренных народов полуострова: ительменит, корякит и алеутит.

Отобранные образцы минералов из фумаролы «Ядовитая» на Втором шлаковом конусе вулкана Толбачик / ©Пресс-служба СПбГУ

Результаты последнего из этих исследований опубликованы в научном журнале Mineralogical Magazine. Последние шесть лет научная группа под руководством профессора СПбГУ Олега Сийдры изучает фумаролы вулкана Толбачик — небольшие трещины и отверстия, по которым поднимаются струи горячих паров и газов, выделяющихся из магмы. Такие геологические объекты отличаются богатым минералогическим разнообразием.

После каждой поездки ученые возвращаются с полевым материалом, исследование которого приводит к удивительным открытиям. Не стали исключением и три новых минерала — их кристаллическая структура и свойства не имеют даже близких аналогов среди синтетических соединений или известных групп минеральных видов. Так ительменит и корякит содержат в составе сульфатный анион, а алеутит сразу два отрицательно заряженных иона — арсенатный и ванадатный.

Новый минерал корякит (прозрачные белые кристаллы) в ассоциации с минералом эвхлорином (зеленый) / ©Пресс-служба СПбГУ

В состав сложного ванадат-арсената алеутита входят одновременно 13 химических элементов. В его структуре необычные комплексы с медью формируют фрагменты из сеток Кагомэ. Такие структурные элементы, отмечает руководитель исследования, профессор СПбГУ Олег Сийдра, демонстрируют очень интересные магнитные свойства. Научная группа уже демонстрировала это на примере недавно открытого учеными минерала докучаевита.

Кристаллическая структура нового минерала корякита / ©Пресс-служба СПбГУ

«Кроме того, алеутит относится к очень интересному классу веществ, распространенных среди синтетических соединений, но редких для минералов: так называемых солей включения (salt-inclusion solids). В широких каналах алеутита располагается значительный спектр элементов в виде электронейтральных хлоридных комплексов с одновалентной медью, калием, свинцом, рубидием и цезием.

Установленная кристаллическая структура показывает, что алеутит из-за образования фрустрированных комплексов с медью должен проявлять свойства спиновой квантовой жидкости. В теории использование таких магнитных свойств поможет создать защищенный от ошибок квантовый компьютер», — пояснил Олег Сийдра.

Кристаллическая структура нового минерала алеутита / ©Пресс-служба СПбГУ

Структура ительменита представляет собой новый тип каркасной постройки из атомов серы, магния и меди. Из-за поразительной схожести архитектуры кристаллической постройки минерала и традиционных узоров на одеждах ительменов ученые решили назвать находку в честь этого коренного народа Камчатки.

«В каркасе структуры ительменита присутствуют каналы, в которых располагаются атомы натрия. Синтетические соединения схожего состава и с похожим принципом организации кристаллической структуры используются в качестве натрий-ионных батареек и аккумуляторов. Разработка и получение новых эффективных батарей являются одними из наиболее важных задач современной высокотехнологичной промышленности во всех странах мира», — отметил Олег Сийдра.

Кристаллическая структура нового минерала ительменита / ©Пресс-служба СПбГУ

Корякит, названный в честь другого народа полуострова — коряков, необычен не только для минералов. Безводные сульфаты переходных металлов редки в минеральном мире и образуются практически исключительно на фумаролах действующих вулканов или в местах, где происходят природные угольные пожары.

Кристаллическая структура корякита относится также к одному из наиболее изучаемых материалов современности — НАСИКОНам (от английского NASICON — Na Super Ionic CONductor), среди которых природных минералов крайне мало. Эти соединения также активно используются при производстве батареек и аккумуляторов. Среди синтетических материалов известно более сотни НАСИКОНов, однако именно такой состав, как у камчатской находки, раньше никогда не встречался.

Исследовательская группа кафедры кристаллографии СПбГУ во время экспедиции на Камчатку / ©Пресс-служба СПбГУ

В результате высокотемпературных процессов и роста кристаллов из газа на фумаролах кристаллическая структура корякита получилась очень необычной. С одной стороны, она похожа на структуру простого безводного сульфата алюминия. Но в коряките часть алюминия заменена на магний, что позволило зайти в каналы ионам калия и натрия. Именно последнее обстоятельство и позволяет рассматривать камчатскую находку в качестве перспективного прототипа материала для микроэлектроники. Для более подробного анализа свойств корякита ученые сейчас занимаются синтезом его чистого аналога.

Необычные свойства находок с потенциалом использования в материаловедении и индустрии необходимо исследовать на синтезированных аналогах природных минералов. На сегодня кристаллографы смогли синтезировать в лаборатории аналог ительменита, что позволит им подробно изучить его электрохимические свойства.

Доктор геолого-минералогических наук, профессор СПбГУ Олег Сийдра на вулкане Толбачик / ©Пресс-служба СПбГУ

Работы по созданию чистых, без примесей, образцов корякита все еще продолжаются на оборудовании лаборатории кафедры кристаллографии. Данные по структурам всех трех новых минералов были получены членом научной группы профессора СПбГУ Олега Сийдры, доцентом кафедры кристаллографии Евгением Назарчуком на оборудовании ресурсного центра Научного парка СПбГУ «Рентгенодифракционные методы исследования».

«Такой подход — реализация полного цикла (от сборов каменного материала в полевых условиях до успешного синтеза и изучения свойств) в контексте стратегии “От минералов к материалам” — отличает наш коллектив от других в России и мире. За последние годы нам удалось значительно преуспеть в моделировании процессов минералообразования на вулканах, удалось получить аналоги многих минералов, открытых нашей группой за последние пять лет на Камчатке», — сообщил Олег Иоханнесович.

Полевые работы и исследования научной группы были поддержаны грантами Российского научного фонда (№ 16-17-10085) и Российского фонда фундаментальных исследований (№ 19-05-00413).

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Один из старейших, крупнейших и ведущих классических университетов и один из важнейших центров науки, образования и культуры в России.
Вчера, 13:03
Мария Азарова

Исследование микробиома кишечника, проведенное японскими и американскими учеными, предоставляет один из потенциальных ключей к долголетию и лечению бактериальных инфекций.

Вчера, 09:16
Александр Березин

СМИ всего мира принялись рассказывать, что новые штаммы возникли из-за ослабления ограничений, снятия масок, а то и под воздействием вакцин. Якобы те оказали эволюционное давление, заставляющее вирус обходить вакцинную защиту. Увы, реальная биология указывает на совсем иную — и более устрашающую — картину. Разбираемся в деталях.

31 июля
Ольга Иванова

Ученые выяснили, что хроническая боль может влиять не только на физическое состояние, но и на психику человека, определяя его чувства, мысли и убеждения.

27 июля
Сергей Васильев

Окаменелости возрастом более 3,4 миллиарда лет могут быть остатками микробов-архей, живших и выделявших метан у гидротермальных источников на дне ископаемого моря.

28 июля
Мария Азарова

Член Северо-Западной организации Федерации космонавтики России Александр Хохлов рассказал о проблемах, сопровождающих модуль «Наука» на пути к МКС, и объяснил, почему на долгожданную стыковку будет всего одна попытка.

26 июля
Илья Ведмеденко

Египтяне провели учения, на которых французский истребитель Rafale одолел российский Су-35. Оба самолета принадлежат к четвертому поколению.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

13 июля
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: