Синтез минералов Том 1 - Хаджи В.Е.
Скачать (прямая ссылка):
Распределение структурных дефектов и аномальная оптическая симметрия в кристаллах кварца
Аномальная симметрия поглощения света, не соответствующая истинной симметрии кристалла, была достаточно давно обсуждена и описана для одной из окрашенных разновидностей кварца— аметиста. Аналогичное явление резко аномального плеохроизма, не соответствующего оптической индикатрисе, было, в частности, отмечено Г. Г. Леммлейном в 1944 г. у кристаллов из пегматитовой жилы на Волыни. Хотя вопрос о возможной природе этого явления неоднократно обсуждался в минералогической и кристаллографической литературе, почти полное отсутствие данных о структуре соответствующих центров окраски не позволяло надеяться на отыскание какого-либо разумного решения.
Особенно отчетливо эффект аномального плеохроизма прослеживается в пирамидах роста граней отрицательного ромбоэдра кристаллов синтетического кварца, выращенных в системе SiO2—H2O—Ыа2СОз при относительно низких температурах (ниже 400 °С).
На рис. 10, а показана пластинка, вырезанная параллельно плоскости (1120) из кристалла, выращенного на затравке из материала пирамиды <с> (не окрашивается при облучении), ориентированной по грани отрицательного ромбоэдра (1101). На рис. 10, б дана схема с указанием ориентировки кристаллографи-70 'У
Рис. 10. Полированный срез 1120 из г-кристалла синтетического кварца, облученного y-лучами
ческих осей, обозначением граней и пирамид роста. Как видно из J3HC. 10, _б, _пирамиды роста отрицательных ромбоэдров 1 <1101> и <1101>, связанные друг с другом поворотом вокруг оси L2, перпендикулярной к поверхности пластины и лежащей в плоскости затравки, окрашиваются при облучении в дымчатый цвет (о природе дымчатой окраски будет сказано ниже). Затравочная пластина, на которой производилось наращивание кристалла, изготавливалась из пирамиды пинакоида <0001 > кристалла синтетического кварца, которая, как известно, не окрашивается при облучении. Если описываемую пластину рассматривать так, чтобы луч зрения располагался нормально к ее поверхности (т. е. вдоль направления оси L2), то окраска в пирамидах <1101> и <1101> имеет одинаковый цвет и интенсивность. При наклоне же пластины вокруг любого направления, но так, чтобы луч зрения обязательно составил с ее поверхностью острый угол, наблюдается явление плеохроизма, а именно: изменение окраски кристалла от фиолетово-дымчатой до зеленовато-дымчатой. Однако изменение цвета в двух противолежащих пирамидах роста происходит во взаимно обратном порядке: в то время как одна из пирамид роста приобретает фиолетовый оттенок, другая окрашивается в зеленоватый цвет. Было также обнаружено, что эффект аномального плеохроизма обладает энан-тиморфизмом. В аналогичных препаратах, но приготовленных из левого и правого кварца, смена окрасок в пирамидах <г> происходит таким образом, что наблюдаемые картины могут быть получены путем отражения в плоскости симметрии. Это обстоя-
71 тельство может служить косвенным указанием на то, что причина данного явления кроется в особенностях расположения красящих дефектов в структуре кисталла, поскольку энантиоморфизм кварца имеет структурную природу. хг Аномальный плеохроизм, аналогичный описанному для пирамид <г>, наблюдается, хотя и в менее ярко выраженной форме, в пира-- миде роста граней положительного ромбоэдра </?>, положительной тригональной призмы < +х> и
„ .. ^ положительной дипирамиды <+s>
Рис. 11. Сечеиие плоскостью ^ г
(0001) поверхности коэффици- кристаллов синтетического кварца, ента поглощения обыкновенной Однако он никогда не наблюдается волны при Я=480 нм в пирамидах базиса <с> кристал-
лов синтетического кварца в тех случаях, когда эти пирамиды окрашиваются в дымчатый цвет при облучении.
Визуальное наблюдение окрашенных облучением в дымчатый цвет r-кристаллов синтетического кварца указывало на то, что форма сечения плоскостью (0001) поверхности коэффициента поглощения в максимуме дымчатой окраски отличается от круговой, присущей нормально дихроичным кристаллам. Для проверки этого предположения и получения количественной информации было выполнено измерение спектров поглощения на различно ориентированных пластинах, приготовленных из пирамиды <г> кристалла кварца с заведомо аномально плеохроичной окраской. На рис. 11 приведено сечение плоскостью (0001) поверхности коэффициентов поглощения D при длине волны X = 480 нм. Такая длина волны выбрана потому, что на трех из шести кривых в этом месте наблюдается характерный максимум. На рис. 11 видно отклонение формы этого сечения от круговой. Ориентировка аналогичного сечения для противолежащей пирамиды <Г> может быть получена поворотом данного сечения вокруг оси X2 на 180°.
Как упоминалось, аномальный плеохроизм в наиболее яркой форме присущ природным аметистам, для которых он был впервые описан еще в 1854 г. Этот же эффект наблюдается и у синтетических аметистов, относительно недавно полученных гидротермальным методом в системе SiO2—H2O—К2СОз с примесью Fe.
Эффект аномального плеохроизма дымчатой окраски в пирамидах <г> кристаллов синтетического кварца был обнаружен Л. И. Цинобером в 1961 г. В том же году А. В. Шубников опубликовал работу о симметрии и физических свойствах пирамид роста. В ней он постулировал возможность понижения симметрии кристалла в различных реальных пирамидах роста за счет 72 того, что собственная симметрия образующих эти пирамиды граней ниже полной симметрии кристалла. А. В. Шубников писал, что неодинаковость пирамид роста одного и того же кристалла вызывается тем, что грани разных простых форм имеют неодинаковую структуру и в силу этого могут по-разному относиться к образованию на них тонких и грубых дефектов строения и к адсорбции на себе химических примесей. Это положение, как мы увидим ниже, дает правильное формально-симметрийное объяснение явления аномального плеохроизма, окончательная и конкретная расшифровка природы которого была получена лишь после исследования центров окраски в кварце методом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР).
