Физика и спектроскопия минералов
Спектроскопия минералов. В последние десятилетия в минералогии произошли кардинальные изменения: эта область наук о Земле в значительной степени усилилась за счет новой дисциплины - физики и химии минералов, строгой количественной отрасли знаний о состоянии минерального вещества Земле. Сегодня эпицентр исследований в минерале – это его реальная, дефектная структура на микро- и наноуровнях. Прорывные достижения в минералогии связаны с внедрением современных физических, в том числе спектроскопических методов исследования вещества. В ЦКП «Геоаналитик» выполняются аналитические работы на радиоспектрометре ESR70-03 DX/2 с термоприставкой для температур 77–400 К, ИК-Фурье спектрометрах Spectrum One с микроскопом Multiscope фирмы Perkin Elmer и IR Prestige 21 фирмы Shimadzu, оптическом спектрометре UV1700 фирмы Shimadzu, импульсном катодолюминесцентном анализаторе с временным разрешением КлавиР, КР-микрозонде Mole фирмы Jobin Yvon. Выполняется анализ спектров излучения, поглощения и рассеяния при различных видах возбуждения минералов и их синтетических аналогов. В результате исследований получается информация о микро- и наностроении минералов, о типе, локальной структуре и концентрации собственных и примесных дефектов, выполняется оценка межпозиционного распределения катионов в твердых растворах минералов, анализ радиационных явлений и метамиктизации, проводятся паледозиметрические реконструкции, абсолютное датирование и др.
ИК-Фурье спектрометр SpectrumOne и ИК-микроскоп FT–IR Microscope фирмы Perkin Elmer
Оптический спектрометр UVmini-1240 и ИК-Фурье спектрометр IR Affinity фирмы Shimadzu
Импульсный катодолюминесцентный анализатор КлавиР и спектр рентгенолюминесценции циркона с разложением на компоненты, связанные с ионами РЗЭ и собственными А-В-С-дефектами
Типичные спектры ЭПР двух акцессорных цирконов (а, б) различной степени радиационного поврежднения в исходном состоянии (1) и после облучения электронами (2) (радиоспектрометр «ESR-70-03 DX/2»)
Рамановский лазерный микрозонд «Mole» и типичные спектры трех цирконов с разной степенью радиационного повреждения структуры
Мессбауэровский спектр хромшпинели и структурные модели трех типов ионов Fe2+ с различной второй координационной сферой
Соотношение тетра- и октаэдрического окисного и закисного железа по мессбауэровским данным в лизардитах Кемпирсайского (1) и Нижнетагильского (2) массивов. Стрелка – направление роста степени серпентинизации пород
Компьютерное моделирование структуры и свойств минералов. В ЦКП «Геоаналитик» выполняются расчетные работы по моделированию атомной и электронной структуры минералов, состояния химической связи, строения и спектроскопических свойств собственных и примесных дефектов, проводятся расчеты термодинамических свойств и структуры твердых растворов, моделирование взаимодействия излучения с веществом с использованием ряда программных продуктов и методик: ab initio кластерного Xα-метода дискретного варьирования Xα-DVM, полуэмпирического метода атомистического моделирования структуры GULP (Gale, 2010), метода молекулярной динамики DL-POLY (Todorov, Smith, 2010) и метода Монте-Карло SRIM (Zeigler, 2008).
Расчетный кластер [Si5Zr6O44] (а), карта распределения электронной плотности в цирконе (б) и сопоставление эксперимента с расчетным спектром валентных состояний циркона (по данным расчета методом Xα-DVM) (в)
Концентрационные зависимости постоянных решетки a, b, c для твердого раствора (Zr1-xUx)SiO4 (метод GULP) (а) и профили распределения вакансий атомов Zr, Si, O в цирконе при его повреждении альфа-частицами (метод SRIM) (б)