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Jul 10, 2023

이 이상한 암석은 어둠 속에서 자연적으로 빛난다. 과학자들이 그 방법을 알아냈다.

광물 해크마나이트(또는 10화소다라이트)의 잔광은 과학자들에게 오랫동안 미스터리였던 매혹적인 자연 현상입니다.

광물 해크마나이트(또는 10개의 소다라이트)의 잔광은 과학자들에게 오랫동안 미스터리였던 매혹적인 자연 현상입니다. 비록 우리가 이제 자연의 어떤 것보다 어둠 속에서 더 효과적으로 빛나는 합성 물질을 설계할 수 있다고 해도 말입니다.

지질학자들은 1800년대에 이 광물을 처음으로 기술했는데, 그들은 깨지거나 어둠 속에 놓였을 때 은은하게 밝은 분홍색 색조를 띠고 빛 속에서 사라지는 경향에 흥미를 느꼈습니다. 이후의 연구에서는 이 특성 뒤에 있는 화학적 성질을 좁힐 것이지만, 반응의 정확한 성격은 파악하기 어려운 것으로 입증되었습니다.

이제 새로운 연구에서는 특정 유형의 해크머나이트가 밝은 환경에서 어두운 환경으로 이동할 때 빛의 일부를 유지하는 방법을 정확하게 설명합니다. 핵심은 광물이 어떻게 형성되었는지에 따라 결정되는 광물의 천연 불순물 간의 섬세한 상호작용입니다.

해크마나이트가 어두운 조건에서 어떻게 백색 발광을 방출할 수 있는지 더 잘 이해하면 과학자들이 비상구 표지판과 같이 전력 공급원 없이 어둠 속에서 빛을 낼 수 있는 자체 합성 물질을 개발하는 데 더욱 도움이 될 것입니다.

핀란드 투르쿠 대학의 재료화학자인 이사벨라 노르보(Isabella Norrbo)는 “우리는 합성 핵마나이트에 대해 많은 연구를 수행했으며 천연 핵마나이트보다 잔광이 뚜렷하게 긴 물질을 개발할 수 있었다”고 말했습니다.

"그러나 발광에 영향을 미치는 조건은 지금까지 불분명했습니다."

해크마나이트에서 발산되는 잔광에 있어 황, 칼륨, 티타늄, 철의 농도와 균형이 가장 중요하다는 사실을 확인하기 위해 실험 데이터와 계산 데이터를 조합하여 연구했습니다.

특히 티타늄은 실제로 빛을 내는 원소로, 빛 자체가 전자 전달에 의해 구동되는 것으로 밝혀졌습니다.

그러나 티타늄 농도만으로는 발광을 생성하기에 충분하지 않으며 다른 원소의 올바른 혼합도 필요합니다.

연구원들은 이러한 종류의 연구를 통해 합성 재료를 개선하고 더욱 효율적이고 신뢰할 수 있게 만들 수 있다고 말합니다. 비록 자연이 실험실에서 조작할 수 있는 빛의 강도와 일치할 수 없더라도 마찬가지입니다.

"현재 사용되는 재료는 모두 합성이며, 예를 들어 친숙한 녹색 잔광을 갖는 재료는 유로듐이라는 원소에서 빛을 얻습니다"라고 투르쿠 대학의 재료 화학자 Mika Lastusaari는 말합니다.

"이런 종류의 재료의 어려움은 발광을 방출하는 원하는 요소를 추가할 수 있더라도 잔광 특성을 예측할 수 없다는 것입니다."

그린란드, 캐나다, 아프가니스탄 및 파키스탄의 해크마나이트 샘플이 화학자, 광물학자, 지질학자, 물리학자, 통계학자 및 기타 과학자로 구성된 국제 팀과 함께 해크마나이트 빛에 무슨 일이 일어나고 있는지 정확히 연구하는 데 사용되었습니다.

수수께끼의 일부는 왜 일부 해커나이트가 빛을 내고 다른 것들은 빛을 내지 않는가에 관한 것이었지만, 서로 다른 샘플을 면밀히 비교함으로써 팀은 주황색 광발광(흡수된 광자를 빛으로 전환), 청색 지속 발광의 필요한 혼합을 발견할 수 있었습니다. (가열하지 않고 빛을 방출함) 및 보라색 광변색(전자기 복사에 의해 발생하는 화학적 변형의 한 형태).

자연 요소와 화학 반응이 복잡하게 혼합되어 있지만 그 결과는 이러한 종류의 빛에 어울리는 더 나은 합성 소재가 되어야 합니다. 재료 과학의 관점에서는 발광이 얼마나 밝은지뿐만 아니라 지속 시간도 중요합니다.

"이러한 결과를 통해 우리는 해크마나이트의 잔광에 영향을 미치는 조건에 대한 귀중한 정보를 얻었습니다"라고 Lastusaari는 말합니다.

"이 경우 자연은 합성 물질만큼 효과적인 빛을 내는 물질을 형성할 수 없었지만, 자연은 점점 더 효과적인 빛을 내는 물질을 개발하는 데 큰 도움을 주었습니다."

이번 연구는 재료화학(Chemistry of Materials)지에 게재됐다.