Учёные из России и Германии разрешили тайну строения кристалла минерала калаверита и предрекли появление нового вещества, состоящего из золота.
Научный журнал представил итоги исследования. PNAS.
Калаверит — теллурит золота с формулой AuTe2. Кроме добычи золота из калаверита, интерес представляют несоразмерные модуляции положений атомов золота и теллура в его кристаллах. Структуру кристаллической решетки калаверита невозможно объяснить законом Гаюи, описывающим кристаллы большинства минералов.
Калаверит и другие кристаллы с нестандартной формой долгое время представляли загадку для кристаллографов, но в 1970-х ученым удалось описать такие кристаллические структуры (для этого им требовалось проводить вычисления не в привычном трехмерном пространстве, а в четырехмерном). Причины странного поведения кристаллов калаверита остаются неизвестными.
Учёные из Института физики металлов РАН (руководитель — профессор Сергей Стрельцов), Кельнского университета (руководитель — профессор Даниил Хомский) и Сколтеха, МФТИ (руководитель — профессор Артем Оганов) прояснили причины несоразмерности кристаллов калаверита, его экспериментально полученных электронных спектров и сверхпроводимости, которая появляется в них под давлением или при добавлении примесей.
Из простейших соображений следует, что золото должно быть двухвалентным в этом соединении, как железо в пирите FeS2, называемом “золотом дураков”. Однако любой химик знает, что двухвалентное золото очень неустойчиво и стремится перейти в одновалентное или трехвалентное состояние.
С этим связаны трудности: трехвалентное золото имеет слишком высокую валентность, а размещение одновалентного и трехвалентного золота на треугольной решетке калаверита проблематично даже теоретически. Поэтому природа использует компромисс — плавно изменять валентность золота в кристалле. Реакция окружения теллура на это приводит к необычным искажениям кристаллической решетки, отмечает Сергей Стрельцов.
С помощью эволюционного алгоритма USPEX, разработанного Артемом Огановым и широко применяемого кристаллографами, исследователи предсказали все известные стабильные теллуриды золота, а также новый, ранее не обнаруженный теллурид AuTe.
Минерал калаверит обладает необычной историей. Значительно повлиявший на золотую лихорадку, этот минерал много лет был головной болью и большим парадоксом для кристаллографов. Чем глубже его изучали, тем больше новых вопросов возникало. Нашему коллективу удалось связать все странности калаверита в рамках простой модели, а теперь экспериментаторы могут искать предсказанное нами новое соединение AuTe, которое почти наверняка скрывает новые тайны.
