Объяснена структура вещества, нарушающего основной закон кристаллографии

Ученые объяснили загадки кристаллической структуры калаверита — минерала золота, который не подчиняется основному в кристаллографии закону Гаюи. Также авторы предсказали, что может существовать новое, ранее неизвестное химикам соединение золота. Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Калаверит — это соединение золота с теллуром, его химическая формула — AuTe₂. Кроме того, что из калаверита можно добывать золото, он интересен тем, что в его кристаллах несоразмерная модуляция положений атомов золота и теллура. Это означает, что структуру кристаллической решетки калаверита нельзя объяснить, опираясь на закон Гаюи, который описывает кристаллы большинства минералов. Калаверит и другие несоразмерные кристаллы долго были загадкой для кристаллографов, но в 1970-е годы исследователи научились описывать и такие структуры, для чего нужно вместо привычного трехмерного пространства проводить вычисления в четырехмерном. Однако причины странного поведения кристаллов калаверита минералоги до сих пор не поняли.

Группа ученых из Института физики металлов имени М.Н. Михеева УрО РАН, Сколковского института науки и технологий, МФТИ и Кельнского университета (Германия) объяснила несоразмерность кристаллов калаверита, а также его экспериментально полученные электронные спектры и сверхпроводимость, которая возникает в этом веществе под давлением или при введении примесей.

«Из простейших соображений следует, что золото должно быть двухвалентным в этом соединении так же, как железо в пирите FeS₂, известном как "золото дураков", но любой химик знает, что двухвалентное золото крайне неустойчиво, оно стремится перейти в одновалентное и трехвалентное состояние, — поясняет первый автор работы, Сергей Стрельцов из Института физики металлов имени М.Н. Михеева УрО РАН. — С этим тоже проблема: во-первых, 3+ — слишком высокая валентность, а во-вторых, разместить одновалентное и трехвалентное золото (даже если бы оно существовало) так, чтобы они одинаково повторялись в каждом направлении, на треугольной решетке калаверита просто невозможно. Природа вынуждена идти на компромисс — плавно изменять валентность золота в кристалле. Окружение теллура реагирует на это, что и приводит к необычным искажениям кристаллической решетки».

Также с помощью созданного Артемом Огановым алгоритма USPEX ученые смогли предсказать все известные стабильные теллуриды золота, а также новый, ранее неизвестный теллурид AuTe.

«У минерала калаверита удивительная судьба. Этот минерал, заметно повлиявший на золотую лихорадку, много десятилетий был головной болью и большим парадоксом для кристаллографов, — рассказывает профессор Сколтеха и МФТИ Артем Оганов. — Чем глубже его изучали, тем больше новых вопросов возникало. Нашему коллективу удалось связать все странности калаверита в рамках простой модели, а экспериментаторы теперь могут охотиться за предсказанным нами новым соединением AuTe, которое почти наверняка скрывает новые загадки».

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.