Золотой теллурид с химической формулой AuTe2, он же относительно редкий минерал калаверит, может быть не только источником золота, но и демонстрирует весьма несоразмерную модуляцию в положениях атомов золота и теллура в его кристаллах.

Это означает, что кристаллическая решетка калаверита не может быть объяснена законом целых чисел Гаюи, который описывает кристаллы большинства минералов. Калаверит и другие несоизмеримые (несоразмерные) кристаллы давно стали загадкой для кристаллографов. В 1970-х годах ученые нашли способ описания своих структур с использованием пространства 4D, вместо обычного 3D-пространства в своих расчётах. Однако до сих пор учёные не знали о причинах столь странного поведения кристаллов калаверита.

Подпись к изображению: Образование димеров Te-Te из-за диспропорционального распределения заряда на участках Au

Исследовательские группы из Института физики металлов РАН (во главе с профессором Сергеем Стрельцовым), Кёльнского университета (под руководством профессора Даниила Хомского), Сколтеха и Московского физико-технического института (МФТИ) (под руководством профессора Артема Оганова) разрешили тайну несоизмеримых кристаллов калаверита, получив информацию из электронных спектров. Исследовались спектры, полученные в результатах экспериментов над сверхпроводимостью кристаллов синтезированного калаверита, которая создавалась в результате давления или легирующими добавками.

«Проще говоря, мы предполагаем, что золото в теллуриде золота должно быть двухвалентным в этом соединении, подобно тому, в каком состоянии находится железо в пирите FeS2, более известном как «золото дураков». Любой химик понимает, что двухвалентное золото чрезвычайно неустойчиво и имеет тенденцию становиться либо одновалентным, либо трёхвалентным, но в этом то и кроется загадка: во-первых, 3+ слишком высокая валентность, и, во-вторых, вы не можете разместить моновалентное или трёхвалентное золото (даже если предположить, что оно существует в первую очередь) на треугольной решетке калаверита с повторяющимся в каждом направлении шаблоном. И это приводит к необычным кристаллическим решёткам», — объясняет профессор Стрельцов.

При решении загадки учёные также полагались на USPEX (усовершенствованный эволюционный алгоритм, предложенный профессором Огановым и интенсивно используемый кристаллографами по всему миру). Алгоритм позволяет предсказать все известные стабильные теллуриды золота, а также новый теллурид, AuTe, неизвестный до сих пор науке.

«За калаверитом довольно много истории. Помимо заметного влияния на Золотую лихорадку (в Австралии в городке золотоискателей Калгурли им мостили улицы, приняв за пирит) минерал был головной болью и большим парадоксом для кристаллографов на протяжении десятилетий. Чем глубже вы влезали в проблему, тем больше новых вопросов возникало. Теперь экспериментаторы могут охотиться за новым минералом, который мы предсказали, AuTe, и который, а я в этом уверен, тоже будет полон новых загадок», — говорит профессор Сколтех и МФТИ Артем Оганов.

Результаты исследования были опубликованы в авторитетном научном журнале PNAS.