Выполнен анализ эффекта смещения границ устойчивости твердых растворов и точек полиморфных превращений в условиях развитой поверхности минеральных фаз и исследован фазовый размерный эффект (Geochimica et Cosmochimica Acta, 1991, 55, № 10, p. 2851; 1993, 57, № 4, p. 815; Chemical Geology, 1993, 109, № 1-4, p. 113). Предложена теория вынужденных равновесий; с помощью численных моделей изучены состояния, реализующиеся при полиморфных, политипных псевдоморфых и модуляционных превращениях в реальных кристаллах (Geochimica et Cosmochimica Acta, 1997, 61, № 23, p.4935; Геология и геофизика, 1991, 32, № 11, с. 3; 1993, 34, № 5, с. 103; 1994, 35, № 12, с. 57; Геохимия, 1995, № 11, с. 1570; 1998, № 8, с. 803). Показана роль в процессе карботермического восстановления Si фазового размерного эффекта (SiO₂, SiC), псевдоморфизма SiC по углеродистым фазам, изменения микроструктуры минералов кремнезема (Теоретические аспекты и технология выплавки кремния. Иркутск: ИрГТУ, 1996).

Определен новый вектор развития представлений Гольдшмита и Ферсмана об эндокриптии, дана интерпретация эндокриптии как явления размещения атомов примесного элемента в реальной структуре кристалла-хозяина при участии дефектов структуры, предложена новая методология экспериментального исследования систем с микроэлементами (Геохимия, 1999, № 6, с. 665; Геология и геофизика, 1999, 40, № 10, с. 1488; Поверхность, 2002, № 6. С. 31). Впервые для изучения форм серы в модификациях лазурита применена рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (ЗВМО, 2003, № 5, с. 102; Crystallography Rep. 2005, 50, № 1, p. S1), оже-электронная спектроскопия - для анализа типохимизма золотоносных пиритов (ДАН, 2004, т. 399, № 5, с. 673; Геология и геофизика, 2004, т. 45, № 2, с. 222), сканирующая зондовая микроскопия - для изучения наноразмерных неавтономных фаз на поверхности рудных минералов (ДАН, 2006, т. 406, № 6, с. 806). Оригинальный метод изучения форм нахождения элементов в минералах – атомно-абсорбционная спектрометрия термовыхода элемента – позволил осуществить диагностику основных неорганических форм трех важнейших тяжелых металлов-экотоксикантов (Hg, Cd, Pb) (Геология и геофизика, 1995, 36, № 2, с. 115; 1998, 39, № 4, с. 469; 2000, 41, № 8, с. 1124; Eur. J. Mineral., 2005, 17, № 4, p. 599 ). Предложен новый способ оценки пределов вхождения золота в структуры минералов и разделения форм его нахождения (Геология и геофизика,1998, 39, № 5, с. 621; № 7, с. 924; 2008, 49, № 8, с. 784; Eur. J. Mineral., 1999, 11, № 6, p. 937, Геохимия, 2001, № 9, с. 951; ДАН, 2003, 392, № 2, с. 235). Показана приуроченность основной части “невидимого”, равномерно распределенного золота в пирите к поверхности кристаллов (Геология и геофизика, 2002, 43, № 1, с. 57; ЗВМО, 2002, № 4, с. 1).

Обоснована необходимость исследований реальных поверхностей минералов. Основная особенность подхода состоит в том, что он объединяет методы электронной спектроскопии, сканирующей зондовой микроскопии, рентгеноспектрального микроанализа и др. с методами экспериментальной геохимии (синтез и превращения минералов при заданных условиях) и исследованием поверхностей природных минералов, распределением в них различных форм нахождения элементов. Установлены особенности необычных объектов геохимической среды – поверхностных неавтономных фаз (НФ): их химический состав и морфология специфичны для кристаллов пирита из месторождений различного генезиса, а также для кристаллов из рудных тел и околорудных метасоматитов. Это говорит о типохимических особенностях минеральных поверхностей (Геохимия, 2008, № 6, с. 615; 2009, № 3, с. 245; ДАН, 2008, 423, № 6, с. 801; 2009, 426, № 4, с. 528). При сокристаллизации золота с пиритом и магнетитом его аккумуляция вызвана не только восстановительной адсорбцией с образованием частиц и пленок Au(0), но и вхождением золота в состав НФ (ДАН, 2009, 429, № 6, с. 809). Она формируется в поверхностном слое кристалла толщиной ~300-500 нм и содержит Au в химически связанной форме. Коэффициент распределения Au между НФ и гидротермальным раствором превосходит таковой для структурной (объемной) формы Au в тысячи раз, что влияет на валовый коэффициент распределения, который увеличивается примерно на порядок. Эти данные важны для правильной оценки рудопродуктивности растворов и масштаба золотого оруденения. Аналогичный эффект в той или иной мере проявлен и для других минералов и микроэлементов, например, пирротина, сфалерита, галенита при поглощении ими Cd и Hg. Таким образом, установлен новый тип наноструктур, способных связывать в своем составе ценные элементы рудных систем.

Предложен эффективный метод получения монодисперсных сферических наночастиц металлов диаметром ~ 5 нм на подложках с помощью магнетронного распыления металлических мишеней (рис. 1).

Рис. 1. Золотая плёнка, напыленная на пирографит, в туннельном микроскопе. Размер скана 100х100x7 нм. Средняя шероховатость поверхности – 700 пм, средний диаметр частиц – 5 нм.

Впервые выполнены исследования поверхности и скола кристаллов лазурита из Прибайкалья в атомно-силовом микроскопе, направленные на выяснение природы несоразмерной трехмерной модуляции (НТМ) его структуры. Показано, что кристаллическая структура НТМ лазурита сформировалась ростовым путем как диссипативная структура, перешедшая в состояние вынужденного равновесия, поддерживаемого балансом энергии деформации каркаса и энергии упорядочения кластеров. Механизм кристаллизации НТМ-лазурита, по-видимому, представляет собой микроблочный рост или так называемую коллоидно-химическую кристаллизацию (ДАН, 2010, 433, № 2, с. 231).

На основе изучения диэлектрических свойств водных растворов неорганических веществ показано, что молекулы веществ, имеющих близкую к H₂O электронную конфигурацию, замещают молекулы воды, не нарушая ее структуру (Ж. физ. химии, 1996, 70, № 11, с. 1976; 1998, 72, № 9, с.1629; 1999, 73, № 7, с.1083). Предложено новое уравнение электропроводности для определения константы гидролиза соли слабого основания и сильной кислоты или константы диссоциации слабой BH+ -кислоты (Ж. физ. химии, 1999, 73, № 8, с. 1371; 2000, 74, № 4, с. 642).