Американские физики нашли способ синтеза высококачественных кристаллов гербертсмитита — минерала, изучение которого может прояснить свойства высокотемпературных сверхпроводников.

Гербертсмитит, обнаруженный в 1972 году в Чили британским минералогом Гербертом Смитом, относится к семейству Zn-партакамитов, описываемых общей формулой Zn_xCu₄ – x(OH)₆Cl₂. В нашем случае x = 1, а формула преобразуется в ZnCu₃(OH)₆Cl₂.

Интерес к гербертсмититу объясняется тем, что его считают подходящим образцом для исследования квантовой спиновой жидкости — необычного состояния магнитных кристаллов, реализующегося при охлаждении. Квантовые спиновые жидкости в условиях сверхнизких температур, в отличие от прочих конденсированных систем, сохраняют неупорядоченный вид спинов атомов. Такое состояние, как показал в 1987 году лауреат нобелевской премии Филип Уоррен Андерсон, может быть связано с феноменом высокотемпературной сверхпроводимости; обычный гербертсмитит имеет изолирующие свойства, но теория предсказывает, что допирование (скажем, замена хлора на серу) превратит его в сверхпроводник.

Рис. 1. Сине-зелёный гербертсмитит из Чили (фото A. Molina / M. Dini).

Природные кристаллы гербертсмитита не достигают того уровня чистоты, который позволил бы исследовать его своеобразные физические свойства. Новый способ искусственного синтеза, позволяющий получать высококачественные миллиметровые кристаллы, даст учёным необходимые образцы: уже сейчас авторы создали около трети грамма чистого ZnCu₃(OH)₆Cl₂.

«Теперь мы можем проводить эксперименты по методике рассеяния нейтронов, собирая очень подробную информацию, которую невозможно извлечь никакими другими методами», — говорит не принимавший участия в исследовании профессор Университета Джонса Хопкинса Коллин Брохольм (Collin Broholm).

Полная версия отчёта опубликована в статье:

T. H. Han, J. S. Helton, S. Chu, A. Prodi, D. K. Singh, C. Mazzoli, P. Müller, D. G. Nocera and Y. S. Lee Synthesis and characterization of single crystals of the spin-1/2 kagome-lattice antiferromagnets Zn_xCu_4-x(OH)₆Cl₂. – Phys. Rev. B 83. – 100402® (2011) [4 pages].