Ученые выяснили, из-за чего меняются оптические свойства граната

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.

КНЦ РАН

Ахтарандитовая порода, состоящая из гроссуляра, диопсида, хлорита с примесью минералов групп каолинита и серпентина (а). Крупные кристаллы гроссуляра на ахтарандите (b), расщеплённый В-содержащий везувиан и октаэдрические кристаллы гроссуляр-катоитовой серии (с), короткопризматические кристаллы гидрогроссуляра (d), длинно-призматические кристаллы гроссуляра (e), призматические кристаллы гидрогроссуляра исследованные с помощью рентгеноструктурного анализа (f) / ©Пресс-служба КНЦ РАН

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, Ca₁₂Fe^₂+Fe^₃+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».

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.

Кольский научный центр Российской академии наук (бывший Кольский филиал Академии наук СССР) имени С. М. Кирова, объединение научных учреждений РАН на Кольском полуострове.