Странная новая форма золота существует в виде листа толщиной всего в один атом
На протяжении веков ювелиры искали способы придать золоту еще более изящные формы. Подход, основанный на современной химии, наконец-то создал золотой материал, который буквально не может стать тоньше и состоит из одного слоя атомов.
Придерживаясь соглашений о наименованиях, принятых в науке о материалах, исследователи назвали этот новый материал двумерный материал «золотой», и он обладает некоторыми интересными свойствами, которых нет в трехмерной форме золота.
«Если сделать материал очень тонким, произойдет нечто экстраординарное – как с графеном», объясняет ученый-материаловед Шун Кашивайя из Университета Линчепинга в Швеции.
«То же самое происходит и с золотом. Как вы знаете, золото обычно представляет собой металл, но если слой толщиной в один атом, золото может стать вместо этого полупроводник».
Золото довольно сложно уговорить принять двумерную конфигурацию из-за его склонности слипаться. Предыдущие попытки приводили либо к тонкому листу толщиной в несколько атомов, либо к монослою, зажатому между другим материалом или на нем, который невозможно было отделить.
Кашивайя и его коллеги не ставили перед собой задачу создать гольден, но случайно наткнулся на первые этапы их процесса.
«Мы создавали базовый материал, имея в виду совершенно разные применения», — говорит физик-материалов Ларс Хультман из Университета Линчёпинга.
«Мы начали с электропроводящей керамики под названием «титан-карбид кремния», где кремний находится в тонких слоях. Затем идея заключалась в том, чтобы покрыть материал золотом для обеспечения контакта. Но когда мы подвергли компонент воздействию высокой температуры, слой кремния был заменен золотом внутри основного материала.»
Пока все хорошо. Но, как и в случае с другими попытками создания монослойного золота, на этом важном этапе прогресс застопорился. В течение нескольких лет интеркалированный карбид титана и золота, созданный командой, оставался просто так, без возможности извлечь сверхтонкие слои золота между слоями титана и углерода, которые его окружали.
Это здесь на помощь приходит метод, основанный на травильном растворе, называемый реактивом Мураками.
Реактив Мураками представляет собой смесь химикатов, используемых в металлообработке для травления углерода. и окрашивают сталь, в результате чего образуются узоры, подобные тем, которые можно увидеть на некоторых японских ножах.
Они пробовали разные концентрации смеси и разные временные рамки процесса травления, чтобы разъедать окружающие титан и углерод золото. Чем дольше они оставляют его, тем лучше результаты – но это еще не все, что требуется по рецепту.
Эффект травления реагента Мураками приводит к образованию побочного продукта, называемого ферроцианидом калия. При воздействии света соединение выделяет цианид, который растворяет золото, поэтому процесс травления должен был происходить полностью в темноте.
Наконец, тонкий лист золота имел тенденцию скручиваться и слипаться, что приводило к образованию комков. была решена путем добавления поверхностно-активного вещества, которое предотвращало сворачивание и прилипание слоя к самому себе, сохраняя при этом целостность монослоя. Дальнейший анализ показал, что благодаря этим кропотливым шагам наконец удалось сформировать стабильный золотой металл, как и предсказывало теоретическое моделирование.
Обычно золото является отличным проводником электричества. Когда элемент принимает форму двумерного листа, атомы имеют две свободные связи, превращая его в полупроводник с проводящими свойствами между проводником и изолятором. Они полезны, потому что их проводимость можно регулировать.
Золото уже обладает свойствами, которые делают его высоко ценимым в химической промышленности. Придание ему свойств полупроводника открывает совершенно новый спектр способов его использования, включая очистку воды, связь и химическое производство.
Исследование группы опубликовано в Природный синтез.
