Švedski su znanstvenici, sasvim slučajno, razvili revolucionarni dvodimenzionalni materijal s jedinstvenim svojstvima poluvodiča – novi oblik zlata koji su nazvali ‘Goldene’. Zlato je prilično izazovno nagovoriti na dvodimenzionalnu konfiguraciju, zbog svoje sklonosti da se grupira zajedno. Prethodni pokušaji rezultirali su ili tankim listom koji je debljine nekoliko atoma, ili monoslojem zarobljenim između ili na drugom materijalu, i nemogućim za odvajanje.

“Ako napravite materijal izuzetno tanak, događa se nešto izvanredno – kao i s grafenom. Isto se događa i sa zlatom. Kao što znate, zlato je obično metal, ali ako je debljine samo jednog atoma, zlato može postati poluvodič umjesto toga ” objašnjava znanstvenik za materijale Shun Kashiwaya sa Sveučilišta Linköping u Švedskoj.

Strange New Form of Gold Exists as a Sheet That's Just One Atom Thick https://t.co/xIeXrqMJyL

— ScienceAlert (@ScienceAlert) April 16, 2024

Kashiwaya i njegove kolege nisu namjeravali stvoriti goldene, već su slučajno naišli na prve korake svog procesa

“Stvorili smo osnovni materijal s potpuno drugačijim primjenama na umu. Počeli smo s električno provodljivom keramikom nazvanom titanijev silicijev karbid, gdje je silicij u tankim slojevima. Zatim je ideja bila premazati materijal zlatom kako bismo napravili kontakt. Ali kada smo izložili komponentu visokoj temperaturi, sloj silicija zamijenjen je zlatom unutar osnovnog materijala.” kaže fizičar materijala Lars Hultman sa Sveučilišta Linköping za Science Alerte.

Kao i s drugim pokušajima stvaranja monoslojnog zlata, napredak se zaustavio na ovom ključnom koraku. Nekoliko godina, interkalirani titanijev zlatni karbid koji je tim stvorio ostao je samo to, bez načina izdvajanja super tankih slojeva zlata između slojeva titana i ugljika koji ga presijecaju. Tu dolazi tehnika zasnovana na rješenju za žigosanje nazvanom Murakamijev reagens.

Murakamijev reagens je mješavina kemikalija koja se koristi u metalurgiji za jetkanje ugljika i mrlja čelik, rezultirajući uzorcima kakve vidimo na nekim japanskim noževima. Isprobavali su različite koncentracije smjese i različite vremenske okvire za proces jetkanja kako bi potrošili titanij i ugljik koji okružuju zlato. Što su dulje pustili da odstoji, bolji su bili rezultati – ali to nije bilo sve što je recept zahtijevao.

Erozivni učinak Murakamijevog reagensa stvara nusproizvod nazvan kalijev ferrocijanid. Ako je izložen svjetlu, spoj oslobađa cijanid koji otapa zlato, pa je proces morao potpuno proteći u mraku. Konačno, tanki list zlata imao je tendenciju uvijanja i grupiranja, što je riješeno dodavanjem surfaktanta koji je spriječio sloj da se presavije i zalijepi za sebe, održavajući integritet monosloja. Daljnja analiza objavljena u časopisu Nature Synthesis  otkrila je da su ovi komplicirani koraci uspjeli u formiranju stabilnog goldena, baš kao što su teorijske simulacije predviđale.

Obično, zlato je izvrstan provodnik elektriciteta

Kada element zauzme oblik dvodimenzionalnog lista, atomi imaju dvije slobodne veza, transformirajući ga u poluvodič s vodljivim svojstvima između provodnika i izolatora. Zlato već ima svojstva koja ga čine visoko cijenjenim u kemijskim primjenama. Ako mu se dodaju svojstva poluvodiča, otvara se cijeli niz načina na koje ga možemo koristiti, uključujući pročišćavanje vode, komunikaciju i proizvodnju kemikalija.