Российские учёные обнаружили, что минералы группы людвигита могут быть полезны при создании новых материалов, способных менять размеры и форму при намагничивании. Это исследование поддержано грантом Президентской программы Российского научного фонда.

Людвигиты — группа минералов, в составе которых преобладают железо, магний и бор. Они распространены в Сибири и на Дальнем Востоке, а главные российские месторождения боратных людвигитовых руд находятся в Якутии и на Чукотке. Их используют для получения борной кислоты, широко применяющейся в сельском хозяйстве и медицине, и других химических соединений на основе бора. Боратные и боросиликатные материалы используются и в современной технике, приборостроении, лазерных технологиях.

Группа учёных из санкт-петербургского Института химии силикатов имени И.В. Гребенщикова Российской академии наук, Казанского федерального университета, Санкт-Петербургского государственного университета и Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова исследовали три из семи известных минералов группы людвигита: сам людвигит, азопроит и вонсенит.

Применив рентгенографию и мёссбауэровскую спектроскопию — на основе ядерного гамма-резонанса, исследователи изучили кристаллическое строение каждого минерала в широком диапазоне температур.

В кристаллической структуре каждого минерала содержатся металл и кислород, в пустотах — борокислородные треугольники.

Людвигит отличается большим содержанием магния. Магнитные свойства у этого минерала слабые. При нагревании до 330°С из-за окисления железа структура претерпевает необратимые изменения, и минерал поэтапно разлагается на гематит, варвикит и магнетит. При температуре выше 1300°С остатки людвигита плавятся.

Похожими свойствами обладает и азопроит. Эта информация полезна при добыче бора из людвигитовых руд, для понимания и моделирования этапов минералообразования и формирования месторождений.

Вонсенит, химический состав которого богат железом, обладает необычными магнитными свойствами, ослабевающими при повышении температуры. Теоретически на основе этого минерала можно создать синтетические материалы с изменяемыми при намагничивании размерами. Они могут применяться для изготовления элементов магнитно-резистивной памяти — перспективной технологии запоминающих устройств, в которых высокое быстродействие сочеталось бы с энергонезависимостью. Такая память может найти применение в суперкомпьютерах нового поколения и в других областях спинтроники — квантовой электроники, в которой информацию переносит не электрический ток, а ток спинов.

«Результаты нашего исследования важны как для наук о Земле, так и для материаловедения, в частности, для кристаллохимического дизайна новых материалов, изменяющих свои размеры при намагничивании, а также с управляемыми свойствами, которые зависят от температуры», — сообщил руководитель проекта Ярослав Бирюков, старший научный сотрудник Института химии силикатов имени И.В. Гребенщикова.

Результаты исследования опубликованы в журнале Acta Crystallographica Section B: Structural Science, Crystal Engineering and Materials.

Якутские минералы помогут создавать суперкомпьютеры