Pinfire – Gems & Colloids

Optische Eigenschaften des Edelopals

Dass der Edelopal nicht, wie üblicherweise angegeben wird, in jedem Fall optisch isotrop ist, ist eine bisher unbekannte Eigenschaft.

Ein erster Hinweis findet sich bei Segnit auf der ihm zu Ehren eingerichteten Webseite - Opal...rainbow of the desert mit den Worten:

"A property of precious opal which is seldom recognised is its propensity to show a pseudo-birefringence in thin sections, especially if the slice is made slightly thicker than usual. When viewed in the microscope between crossed polarisers, bright colours similar to those found in some crystalline minerals are seen."

Diese Eigenschaft wurde von Monovoukas & Gast auch an synthetischen Opalen beobachtet [1].

In einer 2009 veröffentlichten Publikation zu Untersuchungen an natürlichen Opalen aus Honduras wurde das optisch doppelbrechende Verhalten von Opalen im Dünnschliff ebenfalls bestätigt [2].

In eigenen optischen Analysen von australischen Opalen in dünnen Plättchen (zur Verfügung gestellt von Fa. E. Weiss) und an hochgeordneten Polymersuspensionen (BASF, Ludwigshafen) erschienen die Materialien ebenfalls nicht optisch isotrop und damit "ausgelöscht" unter gekreuzten Polarisatoren, sondern gleichfalls doppelbrechend mit einer Änderung in der Farbe und Intensität bei Rotation der Probe [3]:

Optische Anisotropie (Opal)

Optisches Verhalten eines natürlichen Opals aus Australien bei gekreuzten Polarisatoren und Rotation der Probe

In der konoskopischen Analyse mit Hilfe der sogenannten Bertrand-Linse ist das Malteserkreuz erkennbar, welches bei nichtzentraler Lage und Rotation der Probe um den Mittelpunkt wandert:

Optische Anisotropie (Malteserkreuz)

Das Malteserkreuz, ein typisches Interferenzmuster optisch anisotroper, einachsiger Kristalle, hier erstmals am Edelopal beobachtet [3]

Der Edelopal erscheint somit makroskopisch als Volumenmaterial optisch isotrop, in dünnen Schichten zeigt er jedoch eine optische Anisotropie vergleichbar dem Verhalten optisch einachsiger Kristalle.

Die optische Anistropie ist nur von der dreidimensional periodischen Ordnung der Partikel abhängig, nicht vom Ordnungstyp oder vom Chemismus.
Eine Anisotropie ist auch bei kolloidalen Kristallen kubisch innenzentrierter Symmetrie zu beobachten, die aus geordneten Polymerpartikeln in einer wäßrigen Lösung vorliegen:

 

Optische Anisotropie kolloidaler Kristalle, Animation von mikroskopischen Aufnahmen mit und ohne Polfilter

Literatur:

[1] Monovoukas, Y., G. G. Fuller, et al. (1990): "Optical anisotropy in colloidal crystals", Journal of Chemical Physics 93(11), 8294-8299.

[2] Viti, C., Gemmi, M. (2009): "Nanostructures and microinfrared behavior of black opal from Gracias, Honduras", Neues Jahrbuch für Mineralogie, Abhandlungen, 186 (1), 11-20.

[3] Goldberg, R., Schöpe, H. J. (2010): Röntgenamorph und lichtkristallin - Optische Eigenschaften opaliner Materialien, Zeitschrift der Deutschen Gemmologischen Gesellschaft, 59/1-2.

April 8, 2013