Tajemný vzácný nerost září ve tmě sám od sebe. Vědci zjistili, jak je to možné

Ačkoli je moderní věda a technika schopná vytvářet nejrůznější syntetické materiály samovolně zářící ve tmě, minerál hakmanit a jeho tajemná spontánní zářivost nikdy nepřestala vědce zajímat. Geologové jej poprvé popsali až v 19. století. Již tehdy je zaujalo, že se při lomu kamene často objeví krystaly jasně růžového odstínu, které za světla vypadají docela obyčejně, ale v noci náhle začnou vydávat teple působící luminiscenci.

Z nebe zazněla rána. Úsvit novověku ohlásil meteorit, lidé ho měli za Boží dílo

Pozdější výzkumy nerost popsaly z hlediska jeho chemického složení, ale přesná povaha tajemného záření zůstávala nadále tajemstvím a dlouho se zdála být neodhalitelná. Nová studie, o níž informuje server Science Alert, však nyní přesně popisuje, jak si určité typy hakmanitů uchovávají při přechodu ze světlého do tmavého prostředí svou zář. Klíčem je jemná souhra mezi přírodními nečistotami nerostu, které se do něj dostaly při jeho vzniku.

Tento objev má i svůj praktický význam. Lepší pochopení hakmanitu a jeho schopnosti vydávat ve tmě samovolné bílé světlo může vést k vývoji nových syntetických materiálů, které dokáží ve tmě zářit bez jakéhokoli zdroje energie a mohou sloužit například k označení nouzových východů v budovách a podobně.

Svítí titan. Ve správné kombinaci s dalšími prvky

"Provedli jsme řadu výzkumů se syntetickými hakmanity a podařilo se nám vyvinout materiál s dosvitem výrazně delším než u přírodního hakmanitu. Podmínky ovlivňující luminiscenci však byly dosud nejasné," říká chemička Isabella Norrbová z finské univerzity v Turku, zabývající se chemickým složením materiálů.

Její tým následně studoval nejrůznější výpočetní i experimentální data, aby konečně došel k závěru, že dosvit hakmanitu nejvýrazněji ovlivňuje koncentrace a vzájemné vyvážení síry, draslíku, titanu a železa. Zásadním zjištěním bylo, že oním skutečně zářícím prvkem je titan, přičemž záři podporuje přenos elektronů. Samotný titan však k vytvoření luminiscence nestačí, nezbytná je také správná kombinace všech ostatních prvků.

Podle vědců mohou podobné studie sloužit k vylepšení a zefektivnění syntetických materiálů, byť vlastně příroda lidské laboratoři v intenzitě svítivosti, jakou dokáže vytvořit, nestačí. 

"Všechny materiály, které se v tuto chvíli používají k vytvoření bezenergetického světla, jsou syntetické," zmínil další materiálový chemik z univerzity v Turku Mika Lastusaari.

Ozvala se. Po osmi měsících ticha navázala NASA kontakt s lodí Voyager 2

Jako příklad zmínil například fluorescenční materiály se zeleným dosvitem, využívané například při ochraně bankovek, které získávají záři z chemického prvku zvaného europium. Tento prvek izoloval poprvé francouzský vědec Eugène-Anatole Demarçay, jemuž se v roce 1902 podařilo ho oddělit ze směsi oxidů samaria.

"Potíž, kterou s těmito druhy materiálů máme, ale spočívá v tom, že se k nim sice dá přidat požadovaný prvek vydávající samovolnou svítivost, ale nedá se předvídat jejich dosvit," uvedl Lastusaari.

Jak regulovat dosvit bez energetického zdroje

Nová studie, publikovaná v Chemistry of Materials, využila vzorky hakmanitů z Grónska, Kanady, Afghánistánu a Pákistánu, které pečlivě zkoumal mezinárodní tým chemiků, mineralogů, geologů, fyziků, statistiků a dalších vědců. Ti všichni se snažili přijít na to, co přesně se s hakmanitovou luminiscencí děje.

Jednou ze záhad bylo, proč některé hakmanity září a jiné ne. Tým proto pečlivě porovnával různé vzorky, až nakonec odhalil potřebnou směs oranžové fotoluminiscence, přeměňující absorbované fotony na světlo, modré perzistentní luminiscence, vyzařující světlo bez zahřívání, a fialového fotochromismu, což je forma chemické transformace způsobené elektromagnetickým zářením.

Tajemný otvor na Marsu dráždí vědce. Přemýšlejí, kudy dovnitř

Právě tato složitá směs přírodních prvků a chemických reakcí stojí za tajemnou noční září některých hakmanitů. Výzkum se však nezaměřoval pouze na to odhalit princip luminiscence těchto minerálů, ale také na to, získat informace, které by vedly k vyvinutí lepších syntetických materiálů, schopných vydávat podobnou záři. Přičemž z hlediska materiálové vědy je důležité nejen to, jak jasnou svítivost materiál vytvoří, ale i to, jak dlouho vydrží.

"S novými výsledky jsme získali cenné informace o podmínkách, které dosvit hakmanitů ovlivňují," říká Lastusaari. "Ačkoli příroda nebyla v tomto případě schopná vytvořit materiál s tak účinnou září, jakou mají syntetické materiály, významně pomohla při vývoji materiálů, které budou zářit ještě účinněji."