圣彼得堡国立大学的科学家团队在勘察加的年度考察中发现了新的矿物—多库恰耶夫矿,这是以19世纪杰出的科学家、土壤学奠基人瓦西里·多库恰耶夫命名的。所发现的新矿物的成分和晶体结构在已知的矿物和几十万种人工合成物中都没有和它类似的。

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研究结果发表在Mineralogical Magazine 和 Inorganic Chemistry杂志上。

从2014年起,由圣彼得堡国立大学奥列格·西德拉教授领导的科学团队就开始研究勘察加火山的喷气孔。“由托尔巴奇克火山过去喷发形成的火山渣锥中的喷气孔具有独特的矿物学多样性。目前已知的5500中矿物中有400多种都是在这里发现的。可以说,托尔巴奇克火山的喷气孔是无机世界中的亚马孙森林,这里汇集了地球上百分之十五的矿物质!”科学团队负责人奥列格·西德拉说道。

和托尔巴奇克火山喷气孔的大多数矿物质一样,新发现的多库恰耶夫矿(Cu8O2(VO4)3Cl3)所具备的晶体结构和成分在自然合成物和人工合成物中都没有与之类似的。圣彼得堡国立大学的叶夫根尼·纳扎尔楚科副教授在圣彼得堡国立大学科技园资源中心的设备上使用“X光绕射研究法”对新矿物的晶体进行了分析,结果表明,在多库恰耶夫矿的结构中,铜原子被氧原子和氯原子包围。在科学家已知的矿物中还没有见到过这种组合。圣彼得堡国立大学的研究人员还在新矿物的结构中发现了铜氧四面体。

 “由于结构中存在由铜的磁性离子形成的这些片段,我们可以把这种矿物以及喷气孔中的一些其他的矿物看作是具有不同实践应用性的有益磁性材料的原料。OCu4 是一种简单的阻挫综合体,因为它是由四个自旋三角形组成。每个三角形的两个顶点的旋转方向各不一样,而第三个顶点是不旋转的”,奥列格·西德拉指出。

寻找具有量子自旋液体属性的材料是当代固体物理学中最重要的任务。科学家认为,这种材料在不久的将来可以用于制作量子计算机。
圣彼得堡国立大学奥列格·西德拉教授

根据晶体化学分析的结果以及为了能够表现这样或那样的物理属性,科学家合成了纯净无杂质的类似物质,在这种物质中研究用于材料学和工业的潜力。奥列格·西德拉教授率领的团队所使用的方法与俄罗斯和世界上其他科学团队所使用的方法有所不同,他们立足“从矿物到材料”的策略,完整地进行一系列所有的研究。为了对多库恰耶夫矿的物理特性进行更为准确的研究,科学家合成出了类似物,模拟喷气孔中矿物从气体形成的过程。

 “在圣彼得堡国立大学晶体学教研室的实验室和科技园医学、制药和纳米电子功能性材料鉴别中心的设备的帮助下,圣彼得堡国立大学硕士生维多利亚·弗拉迪米洛娃成功地制取了纯净的雅罗舍夫矿样品,并对其进行了研究,这种矿物在成份上和多库恰耶夫矿是远亲,在七年前就被科学家发现了,但是直到今天还没能在实验室中进行成功合成。合成材料的研究表明,磁性子结构对于目前所有已知阻挫磁性材料来说,是最为复杂的结构之一。此外,我们观察到了一系列有意思的现象,为了弄清这些现象还需要进一步研究”,圣彼得堡国立大学奥列格·西德拉教授强调说。

俄罗斯基础研究基金会对多库恰耶夫矿的发现、其属性的研究以及类似物的合成等科研工作提供经费支持。