Египетский синий: древний пигмент открывает секреты при сверхнизких температурах

Учёные из ИОНХ РАН и ИОФ РАН детально изучили монокристалл египетского синего (CaCuSi₄O₁₀) — древнейшего в мире синтетического пигмента. Несмотря на тысячелетнюю историю, это соединение продолжает удивлять своими современными технологическими возможностями.

Методом рентгеноструктурного анализа была впервые изучена структура пигмента при температуре 100 К. Выявлено, что параметры кристаллической решетки при охлаждении не меняются по сравнению с значениями при комнатной температуре, вследствие чего данный материал можно классифицировать как систему с практически нулевым коэффициентом теплового расширения, что может быть крайне важно для высокоточных технологий. В отличие от предыдущих исследований, где выводы о позиционном беспорядке атомов кислорода в силикатных слоях были сделаны по данным порошковой рентгеновской дифракции, анализ монокристальных данных показал, что ранее наблюдавшийся эффект мог быть артефактом обработки данных.

Основное внимание ученые уделили высокочастотной спектроскопии электронного парамагнитного резонанса (60 ГГц) при температуре жидкого гелия (4.2 К). Работа с монокристаллом, в отличие от порошковых проб, позволила обнаружить большую анизотропию сигнала. Характер уширения линий подтверждает, что египетский синий ведёт себя как квазидвумерный магнетик. В системе наблюдается сильное обменное взаимодействие внутри медно-кислородных плоскостей и очень слабое — между ними. Ширина линии при параллельной ориентации поля составила 13.2 мТл (это значительно выше, чем при перпендикулярной, 9.3 мТл).

Египетский синий уже зарекомендовал себя как перспективный материал для биомедицины и лазерной техники благодаря исключительно высокому квантовому выходу в ближней ИК-области (λₘₐₓ = 910 нм, Φ = 10%). Понимание его электронной структуры при низких температурах открывает путь к более глубокому изучению спин-фононных взаимодействий и эффекта Яна-Теллера в подобных слоистых системах.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант № 25-23-00489).

Источник: «Первый химический»