Кристаллохимия минералов и неорганических соединений с лавендулановыми кластерами. I. Новое соединение Na15–2xCu7+x(AsO4)8F3Cl2 (x ~ 0.12) и его соотношение с акселитом

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Новое соединение Na15–2xCu7+x(AsO4)8F3Cl2 (x ~ 0.12) получено методом химических транспортных реакций. Кристаллическая структура при 100 K (тетрагональная, P4bm, a = 14.58917(16), c = 8.30072(14) Å, V = 1766.76(5) Å3, Z = 2) решена прямыми методами и уточнена до R1 = 0.025. В основе кристаллической структуры соединения лежат медь-арсенатные слои, сформированные путём объединения лавендулановых кластеров, основанных на атомах Cu1 и Cu2, через октаэдры Cu3O4FCl. Кристаллическая структура обладает резкой осевой асимметрией. Соединение Na15–2xCu7+x(AsO4)8F3Cl2 (x ~ 0.12) близко к акселиту Na14Cu7AsO4)8F2Cl2. Нестехиометрия состава обусловлена изоморфизмом по схеме 2Na+ → Cu2++ ☐.

Об авторах

И. В Корняков

Центр наноматериаловедения, Кольский научный центр, Российская академия наук; Институт наук о Земле, Санкт-Петербургский государственный университет

Апатиты, Россия; Санкт-Петербург, Россия

С. В Кривовичев

Центр наноматериаловедения, Кольский научный центр, Российская академия наук; Институт наук о Земле, Санкт-Петербургский государственный университет

Email: s.krivovichev@ksc.ru
Апатиты, Россия; Санкт-Петербург, Россия

А. В Касаткин

Минералогический музей им. А.Е. Ферсмана РАН

Москва, Россия

Список литературы

  1. Babkevich P., Testa L., Kimura K., Kimura T., TuckerG.S., Roessli B., RønnowH.M. Magnetic structure of BaTiOCu4(PO4)4 probed using spherical neutron polarimetry. Phys. Rev. 2017. Vol. B96. P. 214436.
  2. Bednorz J.G., MüllerK.A. Possible high Tc superconductivity in the Ba-La-Cu-O system. Z.Phys. 1986. Vol. B64. P. 189—193.
  3. Bindi L., Nespolo M., Krivovichev S.V., Chapuis G. and Biagioni C. Producing highly complicated materials. Nature does it better. Rep. Progr. Phys. 2020. Vol. 83. P. 106501.
  4. Birch W., Pring A., Kolitsch U. Bleasdaleite, (Ca, Fe3+)2Cu5(Bi, Cu)(PO4)4(H2O, OH, Cl)13, a new mineral from Lake Boga, Victoria, Australia. Austr. J. Miner. 1999. Vol. 5. P. 69—75.
  5. Breithaupt A. Bestimmung neuer Mineralien. 3. Lavendulan. J. Prakt. Chem. 1837. Bd. 10. S. 505—506.
  6. Brese N. E., O’Keeffe M. Bond-valence parameters for solids. Acta Cryst. 1991. Vol. B47. P. 192—197.
  7. Chiappero P.-J., Sarp H. Zdenekite, NaPbCu5(AsO4)4Cl·5H2O, a new mineral from the Cap Garonne Mine, Var, France. Eur. J. Miner. 1995. Vol. 7. P. 553—557.
  8. Cooper M.A., Hawthorne F.C., Pinch W.W., Grice J.D. Andyrobertsite and Calcioandyrobertsite: Two New Minerals from the Tsumeb Mine, Tsumeb, Namibia. Miner. Rec. 1999. Vol. 30(3). P. 181—186.
  9. CrysAlisPro Software System, version 1.171.41.104a. 2021. Rigaku Oxford Diffraction: Oxford, UK.
  10. Dolomanov O.V., Bourhis L.J., Gildea R.J., Howard J..K., Puschmann H. OLEX2: A complete structure solution, refinement and analysis program. J.Appl. Cryst. 2009. Vol. 42. P. 339—341.
  11. Gorelova L.A., Vergasova L.P., Krivovichev S.V., Yu.Avdontseva E.Yu., Moskaleva S.V., Karpov G.A., Filatov S.K. Bubnovaite, K2Na8Ca(SO4)6, a new mineral species with modular structure from the Tolbachik volcano, Kamchatka peninsula, Russia. Eur. J.Miner. 2016. Vol. 28. P. 677—686.
  12. Hayashida T., Kimura K., Urushihara D., Asaka T., Kimura T. Observation of ferrochiral transition induced by an antiferroaxial ordering of antipolar structural units in Ba(TiO)Cu4(PO4)4. J.Amer. Chem. Soc. 2021. Vol. 143. P. 3638—3646.
  13. Hayashida T., Kimura K., Kimura, T. Switching crystallographic chirality in Ba(TiO)Cu4(PO4)4 by laser irradiation. J. Phys. Chem. Lett. 2022. Vol. 13. P. 3857—3862.
  14. Hurlbut C.S.Jr. Sampleite, a new mineral from Chuquicamata, Chile. Amer. Miner. 1942. Vol. 27. P. 586—589.
  15. Inosov D.S. Quantum magnetism in minerals. Adv. Phys. 2018. Vol. 67. P. 149—252.
  16. Islam S.S., Ranjith K.M., Baenitz M., Skourski Y., Tsirlin A.A., Nath R. Frustration of square cu- pola in Sr(TiO)4(PO4)4. Phys. Rev. 2018. Vol. B97. P. 174432.
  17. Kato Y., Kimura K., Miyake A., Tokunaga M., Matsuo A., Kindo K., Akaki M., Hagiwara M., Sera M., Kimura T., Motome Y. Magnetoelectric behavior from S = 1/2 asymmetric square cupolas. Phys. Rev. Lett. 2017. Vol. 118. P. 107601.
  18. Kimura K., Babkevich P., Sera M., Toyoda M., Yamauchi K., Tucker G.S., Martius J., Fennell T., Manuel P., Khalyavin D.D., Johnson R.D., Nakano T., Nozue Y., RønnowH.M., Kimura T. Magnetodielectric detection of magnetic quadrupole order in Ba(TiO)Cu4(PO4)4 with Cu4O12 square cupolas. Nat. Comm. 2016a. Vol. 7. P. 13039.
  19. Kimura K., Sera M., Kimura T. A2+ Cation control of chiral domain formation in A(TiO)Cu4(PO4)4 (A = Ba, Sr). Inorg. Chem. 2016b. Vol. 55. P. 1002—1004.
  20. Kimura K., Sera M., Nakano T., Nozue Y., Kimura T. Magnetodielectric properties of the square cupola antiferromagnet Ba(TiO)Cu4(PO4)4. Phys. B: Cond. Matt. 2018a. Vol. 536. P. 93—95.
  21. Kimura K., Toyoda M., Babkevich P., Yamauchi K., Sera M., NassifV., Rønnow H.M., Kimura T. A-cation control of magnetoelectric quadrupole order in A(TiO)Cu4(PO4)4 (A = Ba, Sr, and Pb). Phys. Rev. 2018b. Vol. B97. P. 134418.
  22. Kimura K., Kimura S., Kimura T. Magnetoelectric behaviors in magnetic-field-induced phases of Pb(TiO)Cu4(PO4)4. J.Phys. Soc. Japan. 2019. Vol. 88. P. 093707.
  23. Kimura K., Urushihara D., Asaka T., Toyoda M., Miyake A., Tokunaga M., Matsuo A., Kindo K., Yamauchi K., Kimura T. Synthesis, Structure, and anomalous magnetic ordering of the spin‑1/2 coupled square tetramer system K(NbO)Cu4(PO4)4. Inorg. Chem. 2020. Vol. 59. P. 10986—10995.
  24. Kimura K., Kato Y., Kimura S., Motome Y., Kimura T. Crystal-chirality-dependent control of magnetic domains in a time-reversal-broken antiferromagnet. Quantum Mater. 2021. Vol. 6. P. 54.
  25. Kimura K., Katsuyoshi T., Miyake A., Tokunaga M., Kimura S., Kimura T. Chirality-dependent magnetoelectric responses in a magnetic-field-induced ferroelectric phase of Pb(TiO)Cu4(PO4)4. Adv. Electr. Mater. 2022. Vol. 8. P. 2200167.
  26. Kiriukhina G., Yakubovich O., Shvanskaya L., Volkov A., Dimitrova O., Simonov S., Volkova O., Vasiliev A. A novel mineral-like copper phosphate chloride with a disordered guest structure: Crystal chemistry and magnetic properties. Materials. 2022. Vol. 15. P. 1411.
  27. Kornyakov I.V., Shilovskikh V.V., Bocharov V.N., Kalashnikova S.A., Krivovichev S.V. Polyoxometalates from gases: Mineral-inspired synthesis and characterization of novel compounds containing [M⊂Cu12O8(AsO4)8]q– polyoxocuprate clusters [M = Ti(IV), Bi(III)]. Inorg. Chem. Comm. 2023. Vol. 157. P. 111435.
  28. Krivovichev S.V. Minerals with antiperovskite structure: a review. Z.Kristallogr. 2008. Vol. 223. P. 109—113.
  29. Krivovichev S.V. Structural complexity of minerals: information storage and processing in the mineral world. Miner. Mag. 2013. Vol. 77. N 3. P. 275—326.
  30. Krivovichev S.V. Structural diversity and complexity of antiperovskites. Coord. Chem. Rev. 2024. Vol. 498. P. 215484.
  31. Krivovichev S.V., Krivovichev V.G., Hazen R.M., Aksenov S.M., Avdontceva M.S., BanaruA.M., GorelovaL.A., IsmagilovaR.M., KornyakovI.V., KuporevI.V., Morrison S.M., Panikorovskii T.L., Starova G.L. Structural and chemical complexity of minerals: an update. Mineral. Mag. 2022. Vol. 86. P. 183—204.
  32. Meyer S., Müller-Buschbaum Hk. Cu4O12-baugruppen aus planaren CuO4-polygonen im barium-vanadi- loxocuprat(II)-phosphat Ba(VO)Cu4(PO4)4. Z.Anorg. Allg. Chem. 1997. Bd. 623. S. 1693—1698.
  33. Nomura T., Kato Y., Motome Y., Miyake A., Tokunaga M., Kohama Y., Zherlitsyn S., Wosnitza J., Kimura S., Katsuyoshi T., Kimura T., Kimura K. High-field phase diagram of the chiral-lattice antiferromagnet Sr(TiO)Cu4(PO4)4. Phys. Rev. 2023. Vol. B108. P. 054434.
  34. Norman M.R. Herbertsmithite and the search for the quantum spin liquid. Rev. Mod. Phys. 2016. Vol. 88. P. 041002.
  35. Ondruš P., Veselovský F., Skála R., Sejkora J., Pažout R., Frýda J., Gabašová A., Vajdak J. Lemanskiite, NaCaCu5(AsO4)4Cl·5H2O, a new mineral species from the Abundancia mine, Chile. Canad. Miner. 2006. Vol. 44. P. 523—531.
  36. Pekov I.V., Zubkova N.V., Agakhanov A.A., Yapaskurt V.O., Belakovskiy D.I., Britvin S.N., Sidorov E.G., Kutyrev A.V., Pushcharovsky D.Yu. New arsenate minerals from the Arsenatnaya fumarole, Tolbachik volcano, Kamchatka, Russia. XIX. Axelite, Na14Cu7(AsO4)8F2Cl2. Miner. Mag. 2022. Vol. 87. P. 109—117.
  37. Rästa R., Heinmaa I., Kimura K., Kimura T., Stern R. Magnetic structure of the square cupola compound Ba(TiO)Cu4(PO4)4. Phys. Rev. 2020. Vol. B101. P. 054417.
  38. Sarp H. La mahnertite, (Na, Ca)Cu3(AsO4)2Cl·5H2O, un nouveau minéral de la mine de Cap Garonne, Var, France. Arch. Sci. Genève. 1996. Vol. 49 (2). P. 119—124.
  39. Sheldrick G.M. SHELXT — Integrated space-group and crystal structure determination. Acta Cryst. 2015a. Vol. A71. P. 3—8.
  40. Sheldrick G.M. Crystal structure refinement with SHELXL. Acta Cryst. 2015b. Vol. C71. P. 3—8.
  41. Süsse P., Schnorrer-Köhler G. Richelsdorfit, Ca2Cu5Sb[Cl(OH)6(AsO4)4]·6H2O, ein neues Mineral. N. Jb. Miner. Mh. 1983. S. 145—150.
  42. Süsse P., Tillmann B. The crystal structure of the new mineral richelsdorfite, Ca2Cu5Sb(Cl/(OH)6/(AsO4)4)·6H2O. Z. Krist. 1987. Vol. 179. P. 323—334.
  43. Testa L., Babkevich P., Kato Y., Kimura K., Favre V., Rodriguez-Rivera J. A., Ollivier J., Raymond S., Kimura T., Motome Y., Normand B., Rønnow H.M. Spin dynamics in the square-lattice cupola system Ba(TiO)Cu4(PO4)4. Phys. Rev. 2022. Vol. B105. P. 214406.
  44. Yakovenchuk V.N., Pakhomovsky Ya.A., Konoplyova N.G., Panikorovskii T.L., Mikhailova Yu.A., Bocharov V.N., Krivovichev S.V., Ivanyuk G.Yu. Epifanovite, NaCaCu5(PO4)4[AsO2(OH)2]·7H2O: a New mineral from the Kester deposit, Sakha (Yakutia) Republic, Russia. Zapiski RMO (Proc. Russian Miner. Soc.). 2017. N 3. P. 30—39 (in Russian, English translation: Geol. Ore Dep. 2018. Vol. 60. P. 587—593).
  45. Yue X., Ouyang Z., Cui M., Yin L., Xiao G., Wang Z., Liu J., Wang J., Xia Z., Huang X., HeZ. Syn- theses, structure, and 2/5 magnetization plateau of a 2D layered fluorophosphate Na3Cu5(PO4)4F·4H2O. Inorg. Chem. 2018. Vol. 57. P. 3151—3157.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025