Ученые предложили арктит как прототип для светотехники будущего
Специалисты Кольского научного центра РАН совместно с коллегами из других институтов представили редкий минерал арктит в качестве прототипа для разработки новых люминофоров и светодиодов. Об этом сообщили в пресс-службе Минобрнауки России. Пишет ТАСС.
Исследователи впервые подробно охарактеризовали сложную кристаллическую структуру арктита. Ученым удалось уточнить атомную архитектуру минерала и выяснить, что его термостойкая решетка эффективно преобразует ультрафиолетовое излучение в видимый свет. Это открытие делает арктит перспективным кандидатом для создания искусственных люминофоров, необходимых для современных светодиодов и лазерных технологий.
Арктит — это минерал, который встречается исключительно в Хибинском массиве на Кольском полуострове. Он представляет собой редкий фосфат кальция, натрия и бария и более 40 лет считался минералогической редкостью, известной лишь по единичным находкам. Новое исследование стало возможным благодаря неожиданной находке осенью 2022 года, когда при обследовании отвалов горных пород были обнаружены многочисленные зерна этого минерала с яркой голубой люминесценцией.
Для точного определения природы центров люминесценции и механизмов передачи энергии в кристаллической структуре минерала потребовалось провести повторное исследование с использованием современных аналитических методов. Применяя рентгеноструктурный анализ, электронную микроскопию, а также инфракрасную и рамановскую спектроскопию, исследователи смогли точно установить, как атомы различных химических элементов располагаются в кристаллической решетке.
Арктит относится к семейству антиперовскитов, которые обладают уникальной и прочной кристаллической решеткой. Эта структура состоит из чередующихся слоев, образованных крупными икосаэдрами бария и связанными через фосфатные тетраэдры, а также анион-центрированными тримерами. Плотная упаковка атомов обеспечивает минералу высокую термостабильность, позволяя ему выдерживать нагрев до 500 градусов без разрушения решетки.
Одним из интересных результатов исследования стало обнаружение ранее не отмеченных компонентов, содержащих водород. В структуре арктита были найдены гидроксильные и гидрофосфатные группы, а также положительно заряженные ионы водорода.
Детальное изучение люминесценции подтвердило, что голубое свечение под воздействием ультрафиолета вызвано изоморфными примесями редкоземельных элементов — ионов церия и самария. Ионы церия выступают в роли сенсибилизаторов, поглощая энергию и передавая ее ионам самария, что заставляет их светиться.
Таким образом, арктит представляет собой готовый инженерный прототип. После расшифровки природного "чертежа" прочного кристаллического каркаса и механизмов передачи энергии, ученые могут перейти к созданию синтетических аналогов. Эти искусственные люминофоры могут стать основой для нового поколения сверхъярких и термостойких оптических материалов.
