Аналог стеклообразных горных пород, образующихся при столкновении с Землей метеоритов, воссоздали физики Санкт Петербургского госуниверситета (СПбГУ) совместно с исследователями из других российских научных организаций, 10 ноября сообщает пресс-служба СПбГУ.

Искусственные стекла, по составу схожие с природными, содержащими включения оксидов железа, таких как магнетит и гематит, могут иметь широкую область применения как в медицине, в том числе для адресной доставки лекарств, так и во многих отраслях промышленности.

Создание синтетических аналогов уникальных природных материалов в настоящее время стало предметом исследований многих российских ученых. Одним из видов таких веществ являются стеклообразные горные породы с различными включениями, в том числе с металлическими наночастицами, — импактиты. Они образуются в результате оплавления земных горных пород при высокоскоростном столкновении с малыми космическими телами.

Экстремальные условия, такие как сверхвысокие температуры и давление, возникающие при ударе таких космических тел, трудно создать в лаборатории.

Тем не менее российские специалисты из СПбГУ, Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета (СПбГЭТУ) «ЛЭТИ», Физико-технического института им. А. Ф. Иоффе РАН, Института геологии и геохронологии докембрия РАН, Дальневосточного федерального университета и Института химии ДВО РАН, создали такие импактиты, содержащие наночастицы оксидов железа, в лабораторных условиях.

Автор исследования, доцент кафедры физики Земли СПбГУ Елена Сергиенко рассказала:

«Чтобы это стало возможно, нам потребовалось воспроизвести в лаборатории условия, максимально приближенные к природным. Для этого мы использовали измельченные до фракции менее 1 мм образцы горных пород, из которых в естественных условиях формируются импактиты, а затем подвергли их высокотемпературной плавке — до 1500 °C — в специальной газопламенной печи».

Далее одну часть полученных расплавов быстро, за секунду, охлаждали в воде комнатной температуры, а другую оставляли внутри выключенной печи для медленного остывания и кристаллизации. Таким образом ученые воссоздавали возможные естественные процессы образования природного стекла.

Исследователи изучили петрографическую структуру, химический и минеральный состав образцов и их магнитные свойства. Результаты исследования полученного материала представлены в статье «Суперпарамагнетизм искусственных стекол на основе горных пород: экспериментальные данные и теоретическое моделирование», опубликованной в журнале Magnetochemistry.

Ученые установили, что динамика формирования магнитных частиц в искусственных стеклах зависит от состава исходной смеси материалов, условий получения расплава и последующего его охлаждения.

Доцент кафедры микро- и наноэлектроники, старший научный сотрудник Инжинирингового центра микротехнологии и диагностики СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Камиль Гареев пояснил:

«Мы показали, что наночастицы оксидов железа в некоторых образцах обладают так называемыми суперпарамагнитными свойствами. То есть они не обладают собственным магнитным моментом при отсутствии внешнего магнитного поля, но способны намагничиваться под действием поля. В будущем эти характеристики могут быть интересны, например, для создания агентов при адресной доставки лекарств в организм человека, для безопасной неинвазивной диагностики и для многих других применений».

Поскольку такие «искусственные стекла» обладают рядом полезных физических свойств, они могут быть использованы при производстве высокопрочных конструкционных и изоляционных материалов для авиа-, ракето- и автомобилестроения, атомной энергетики, металлургии и др.

Наличие в таких материалах магнитных наночастиц делает их перспективными для персонализированной медицины, в том числе для создания компонентов систем записи и хранения информации или медицинских сенсоров.

Кроме того, отмечают ученые, это исследование расширяет понимание геологических процессов, происходивших на Земле, а также является важным шагом к более точному и регулярному синтезу самых сложных природных веществ.