Ze środowiska naturalnego do laboratorium i z powrotem
Mineralogia magnetyczna to nauka zajmująca się badaniem właściwości magnetycznych minerałów. Takimi materiałami są tlenki żelazowo-tytanowe (FeTi), stanowiące jeden z głównych nośników oddziaływań magnetycznych w skorupie ziemskiej. Dwa minerały z końca szeregu, hematyt oraz ilmenit są interesujące z punktu widzenia zastosowań technologicznych i przemysłowych. Wykazując zarówno właściwości magnetyczne, jak i półprzewodnikowe, te tlenki żelazowo-tytanowe znajdują zastosowania w fotowoltaice, ogniwach paliwowych oraz w innych dziedzinach będących przedmiotem prowadzonych obecnie badań naukowych. Celem prac uczestników projektu "From the planetary to the nanoscale: Magnetism at the interface" (PNMI) było wyjaśnienie mechanizmów powstawania i ewolucji pól magnetycznych na Ziemi oraz innych planetach. Zajęli się oni również pytaniami związanymi ze sposobami zachowywania danych magnetycznych w skorupie ziemskiej. Innym obszarem badań były źródła powstawania oddziaływań magnetycznych w materiałach naturalnych oraz sposoby badania systemów naturalnych poprzez ich magnetyczne właściwości. Przy użyciu szerokiej gamy narzędzi doświadczalnych, takich jak skaningowa mikroskopia elektronowa, prześwietlenia rentgenowskie oraz doświadczenia z dyfrakcją elektronów, badacze biorący udział w projekcie PNMI dokonali nowych odkryć związanych z wiekowymi skałami. Przeanalizowali właściwości magnetyczne próbek geologicznych, a następnie porównali te dane z danymi pozyskanymi dla materiałów magnetycznych. Dostarczyło to danych strukturalnych dotyczących materiałów naturalnych, natomiast próbki syntetyczne umożliwiły przeanalizowanie skutków oddziaływania magnetycznego na tlenki FeTi. Struktura próbek umożliwiła opracowanie wyjątkowego zapisu procesów geologicznych, co ułatwiło uczestnikom projektu PNMI zrozumienie złożonych systemów, znajdujących się pod naszymi stopami. Udało się również odkryć interesujące właściwości magnetyczne, znajdujące przydatne zastosowania. W przypadku roztworów hematytowo-ilmenitowych w próbkach ujawniało się namagnesowanie szczątkowe, odwracające kierunek pola magnetycznego, któremu je poddawano — zjawisko zwane samoodwracalnym termicznym namagnesowaniem szczątkowym. Wyniki tych badań podsumowano w opracowaniach publikowanych w czasopismach naukowych. Projekt PNMI przyniósł spójną interpretację procesów fizycznych i chemicznych odpowiedzialnych za zjawiska samoodwracalne w stałych roztworach hematytowo-ilmenitowych. Równocześnie zrozumienie tych właściwości powinno ułatwić naukowcom wykrywanie obecności hematytu oraz ilmenitu w próbkach skał, zarówno na Ziemi, jak i na innych planetach.
Słowa kluczowe
Mineralogia magnetyczna, oddziaływania magnetyczne, skorupa ziemska, minerały, żelazowo-tytanowy, tlenki, nośniki magnetyczne, hematyt, ilmenit, fotowoltaika, ogniwa paliwowe, nanoskala, interfejs, pola magnetyczne, materiały naturalne, procesy geologiczn