Редкий минерал арктит превращает ультрафиолет в голубой свет и может стать основой для нового поколения лазеров и светодиодов

Арктит. Изображение из публикации в журнале Physics and Chemistry of Minerals. Источник: link.springer.com

Арктит – редкий фосфат кальция, натрия и бария, который под ультрафиолетом светится голубым, был обнаружен в 1977 году в Хибинском массиве на Кольском полуострове (Мурманская область) и почти полвека считался минералогической редкостью. Только осенью 2022 года там же, в Хибинах, нашли еще множество зерен с яркой голубой люминесценцией (при обследовании отвалов породы с горы Юкспор с помощью УФ-лампы) и коллектив исследователей изучил и детально описал этот водородо- и редкоземельный минерал и причину его свечения. Арктит, по словам учёных, является готовым инженерным прототипом – расшифрованный природный «чертеж» кристаллической структуры и механизм передачи энергии теперь позволяют воспроизвести его в лаборатории и создавать синтетические аналоги нового поколения сверхъярких и термостойких оптических систем – лазеров и светодиодов. Работа исследователей из Кольского научного центра РАН, Института геологии и геохимии УрО РАН, ФИЦ проблем химической физики и медицинской химии РАН и МГУ опубликована в журнале Physics and Chemistry of Minerals. Об этом информировал ТАСС со ссылкой на сообщение Минобрнауки РФ.

Как сказано в научной публикации, Хибинский массив – крупнейший в мире щелочной интрузив: подземный магматический очаг, который так и не сумел прорваться на поверхность в виде вулкана, застыл на глубине нескольких километров и превратился в кристаллическую горную породу особого химического состава, богатого специфическими минералами и редкими элементами. В Хибинах найдены крупнейшие в мире месторождения апатитов и нефелинов – сырья для фосфорных удобрений и алюминия, редкоземельных элементов (лантаноидов и иттрия), ниобия, тантала, циркония – критически важных для современной электроники и высоких технологий, драгоценных и поделочных камней, таких как чароит или амазонит. Согласно списку минералов, утвержденному Международной минералогической ассоциацией (ММА), на начало 2023 года на территории Хибинского массива было обнаружено 127 новых видов минералов. Одним из эндемичных видов минералов Хибинского массива является и арктит.

Арктит. Изображение из публикации в журнале Physics and Chemistry of Minerals. Источник: link.springer.com

Арктит принадлежит к семейству антиперовскитов – материалов с прочной кристаллической решеткой из чередующихся слоев: одни образованы крупными икосаэдрами (двадцатигранниками) бария, связанными через фосфатные тетраэдры, другие содержат анион-центрированные тримеры. Такая упаковка делает минерал термостойким: он выдерживает нагрев до 500 °С без разрушения. В образце также нашли не отмеченные ранее для арктита водородсодержащие компоненты – гидроксильные и гидрофосфатные группы, а также положительно заряженные ионы водорода.

Ранее считалось, что люминесценцию (свечение) арктиту дают ионы европия и самария, относящиеся к группе лантаноидов (редкоземельных металлов). Чтобы проверить это, ученые заново изучили структуру минерала с помощью рентгеноструктурного анализа, электронной микроскопии, инфракрасной и рамановской спектроскопии и выяснили, что голубое свечение под ультрафиолетом в арктите обеспечивают ионы церия (тоже относящегося к группе лантаноидов) и самария. Церий поглощает энергию и передает ее самарию, который начинает светиться.

Авторы исследования подчеркивают, что аналогичные арктиту синтетические материалы могут представлять практический интерес в качестве люминофоров.