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Mineralienbilder: Lumineszierende Mineralien

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oliverOliver:
hallo Uwe,
das Foto wär was fürs Lexikon - da gibt es erst 3 Malayait-Bilder!

Lynx:
@Smaragd Be3(Al,Cr)2Si6O18

Im Smaragd ist Chrom das farbgebenden Ionen (1,2,3). Beryll kann allerdings auch durch Vanadiumionen grün gefärbt sein, bei der Varietät Heliodor übernimmt Fe3+ die Rolle und bei Aquamarin ist es die Kombination aus Fe2+/Fe3+.

Im Smaragd nimmt Cr3+ den Platz von Al3+ ein, wobei das Cr3+ die tiefrote Lumineszenz (Emission um 680 nm /682 nm, Chrom-R-Linien) liefert  - wie bei Rubin (chromdotiertes Aluminiumoxid Al2O3:Cr)). Das Anregungsspektrum zeigt mehrere breite Bande: im UV, um 440 nm sowie um 600 nm.

Details des Lumineszenzverhaltens hängen unter anderm auch vom Gehalt an Eisen, Vanadium oder andern Fremdionen sowie von der Cr-Konzentration ab (1,4). Im Übrigen liefert Fe3+ in Beryll eine breite Bande bei 720 nm und Mn2+ schmale Banden bei 480 und 570 nm (1).
Spektroskopische Untersuchungen können helfen den Ursprung eines Smaragds einzugrenzen (auch hinsichtlich natürlicher oder synthetischer Entstehung), da unterschiedliche, regional typische Einflüsse die Lumineszenzbanden verändern (5,6).

(1) Gaft, M., Reisfeld, R., & Panczer, G. (2015). Modern luminescence spectroscopy of minerals and materials. Springer. Beryll: S. 147 ff.
(2) Ohkura, H., Hashimoto, H., Mori, Y., Chiba, Y., & Isotani, S. (1987). The luminescence and ESR of a synthetic emerald and the natural ones mined from Santa Terezinha in Brazil. Japanese journal of applied physics, 26(9R), 1422.
(3) Moroz, I., Roth, M., Boudeulle, M., & Panczer, G. (2000). Raman microspectroscopy and fluorescence of emeralds from various deposits. Journal of Raman Spectroscopy, 31(6), 485-490.
(4) Ollier, N., Fuchs, Y., Cavani, O., Horn, A. H., & Rossano, S. (2015). Influence of impurities on Cr3+ luminescence properties in Brazilian emerald and alexandrite. European Journal of Mineralogy, 27(6), 783-792.
(5) Thompson, D. B., Kidd, J. D., Åström, M., Scarani, A., & Smith, C. P. (2014). A Comparison of R-line Photoluminescence of Emeralds from Different Origins. Journal of Gemmology, 34(4).
(6) Karampelas, S., Al-Shaybani, B., Mohamed, F., Sangsawong, S., & Al-Alawi, A. (2019). Emeralds from the Most Important Occurrences: Chemical and Spectroscopic Data. Minerals, 9(9), 561.

Lynx:
@Hackmanit Na8Al6Si6O24(Cl2,S) Var. von Sodalith

Das photochrome Verhalten von Hackmanit(1) (photochrom: Farbänderung aufgrund von Bestrahlung mit Licht) beruht auf einem Mechanismus, der dem von Thermolumineszenz und persistenter Lumineszenz (Nachleuchten) ähnelt. Durch die Bestrahlung mit Licht (bei Hackmanit UV) werden Ladungsträger (Elektronen) in einen Defektzustand gehoben, in dem sie metastabil gefangen sind (es handelt sich in Festkörpern i.d.R. nicht um Triplettzustände eines Leuchtzentrums sondern um Grundzustände von Fremdionen/Fehlstellen). Durch die Reduktion des Defektzustands entsteht ein Farbzentrum, das zu einem veränderten Absorptionsverhalten des Festkörpers (hier: des Hackmanits) führt. Nachdem dieser reduzierte Defektzustand gegenüber Energiezufuhr (Erwärmen, evtl. auch Belichten bei anderer Wellenlänge) nur metastabil ist, bleicht die Verfärbung mit der Zeit wieder aus.

Je nachdem, was für ein System vorliegt, kann die photochrome Farbänderung bei Raumtemperatur mehr oder weniger stabil sein:
Stabile Farbänderung bedeutet, dass die Fallenzustände einen großen Abstand vom Leitungsband haben und wenige (keine) "alternativen" Relaxationsmechanismen wie Energietransferreaktionen zugänglich sind. Die Farbänderung ist dann stabil (bei Raumtemperatur). 
Bei einer reversiblen Photochromie läuft der Relaxationsprozess in der Regel thermisch getrieben "für das menschliche Auge sichtbar schneller" ab.
Physikalisch lässt sich die Trennung reversibel/irreversibel bei Festkörper-Photochromie schwer fassen: die Zeit, die es braucht bis der Effekt bleicht, kann von Sekunden bis vermutlich Jahrtausenden reichen. Und durch externe Energiezufuhr erreicht man of tirgendwann den Ausgangszustand wieder - vielleicht ist dann aber der Festkörper doch schon im Phasenübergang. Dann wäre die Photochromie eher irreversibel....


(1) Vuori, S. (2019). Synthetic hackmanites as detection materials for ionizing radiation. Thesis, University of Turku.
(2) Carvalho, J. M., Norrbo, I., Ando, R. A., Brito, H. F., Fantini, M. C., & Lastusaari, M. (2018). Fast, low-cost preparation of hackmanite minerals with reversible photochromic behavior using a microwave-assisted structure-conversion method. Chemical communications, 54(53), 7326-7329.

Bode:
Hallo

Hier mein erstes Stück aus Südfrankreich das ich durch Zufall mit UV Licht angeleuchtet hatte.

Bode:
Hier noch drei Stücke vom selben Fundort.

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Viele Grüße

Georg Bode

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