Itt a világ legújabb szuperanyaga, amely az aranyból született – Új távlatokat nyit a tudományban

A goldene nem csupán egy laboratóriumi kuriózum. Ez az új anyag az elektronikától a gyógyászaton át a környezetvédelmi megoldásokig számos területen forradalmasíthatja a jelenlegi technológiákat.

„Ez a felfedezés kiterjeszti annak határait, amit az anyagokkal lehetséges megvalósítani”

– fogalmazott Lars Hultman, a svédországi Linköpingi Egyetem professzora, aki a kutatás vezetője volt.

Hogyan született meg a goldene?

A történet egy különleges kristályból indul, amelyben az atomok réteges mintázatban rendeződnek. A kutatók ebből a szerkezetből indultak ki, majd olyan kémiai eljárást dolgoztak ki, amelynek segítségével sikerült az aranyat kiszabadítani a szilícium és titán közül. Ez azonban közel sem volt egyszerű.

Korábbi kísérletek során ugyanis a rétegek belsejében „csapdába esett” az egyatomos arany, amely így nem volt használható önálló anyagként. Most viszont a tudósoknak sikerült kémiai maratással eltávolítaniuk a nem kívánt rétegeket, miközben speciális felületaktív anyagokkal óvták a frissen feltárt aranyat attól, hogy összetapadjon vagy felpöndörödjön.

„A jó hír az volt, hogy létrehoztunk egyatomnyi aranyrétegeket. A rossz hír az, hogy ezek a gazdakristály belsejében rekedtek”

– mesélte Hultman. A mostani áttörés éppen abban rejlik, hogy sikerült kiszabadítani ezt az arany-monoréteget, így valódi, önálló anyag született.

Miért más a goldene, mint a hagyományos arany?

Aki az aranyat eddig csupán ékszerként vagy pénzügyi befektetésként ismerte, annak meglepő lehet, hogy egy atomvastagságú réteg teljesen másképp viselkedik, mint a jól ismert tömb arany. Elektronmikroszkópos vizsgálatok kimutatták, hogy a goldene esetében a szomszédos aranyatomok közötti távolság közel 9%-kal kisebb, mint a hagyományos fémben. Ez azt jelenti, hogy a kétdimenziós szerkezet szorosabb kötéseket hoz létre, és ezzel új tulajdonságokat tár fel.

Röntgen vizsgálatok további bizonyítékot adtak: a kutatók 0,88 elektronvoltos kötési energiaeltolódást figyeltek meg, amely azt mutatja, hogy a goldene elektronikus környezete merőben eltér a megszokott aranyétól. Ez a változás lehet a kulcs ahhoz, hogy az anyagot különféle jövőbeli technológiákban felhasználják.

Goldene és a jövő iparágai

Az arany már eddig is jelen volt az elektronikában, az érzékelőkben, a fotonikában és az orvostudományban. A goldene azonban mindezt új szintre emelheti. Az egyatomnyi réteg hatalmas felületet biztosít, miközben minimális anyagmennyiséget igényel. Ez különösen fontos lehet a katalízisben, ahol kisebb fémmennyiséggel is nagyobb hatékonyság érhető el.

Képzeljük csak el: olyan katalizátorokat, amelyek ipari hulladékból hasznos vegyi anyagokat állítanak elő, vagy napelemes eszközöket, amelyek hatékonyabban gyűjtik be a fényt. Az orvoslásban pedig a goldene segíthet abban, hogy a daganatokat célzottan, minimális mellékhatással lehessen felmelegíteni és elpusztítani.

„Mivel a goldene rengeteg atomot tár közvetlenül a felszínre, jóval kisebb anyagmennyiség is elegendő a kívánt hatás eléréséhez”

– magyarázzák a kutatók. Ez nemcsak gazdasági előnyt jelenthet, hanem környezetvédelmi szempontból is óriási lépés lehet, hiszen csökkenti az aranybányászat és finomítás terhelését.

Kihívások és lehetőségek

Bár a felfedezés ígéretes, az út a tömeges alkalmazásig még hosszú. A legnagyobb kihívás jelenleg az, hogyan lehet nagyobb méretű, stabil arany-monolapokat előállítani, amelyek ipari felhasználásra is alkalmasak. A kutatók azonban optimisták. A kísérletek azt mutatják, hogy megfelelő kémiai körülményekkel és pontos szabályozással a goldene előállítása fokozatosan optimalizálható.

A tudomány története tele van olyan anyagokkal, amelyek eleinte laboratóriumi érdekességnek tűntek, később azonban egész iparágakat forradalmasítottak. A grafén már megmutatta, mekkora lehetőségek rejlenek az egyatomos anyagokban – most a goldene lépett színre, hogy átírja az arany jövőjét.

A goldene megszületése mérföldkő az anyagtudományban. Egyetlen atomnyi vastagság, mégis hatalmas lehetőségek: különleges elektronikai tulajdonságok, fokozott fény-anyag kölcsönhatások és kiemelkedő katalitikus aktivitás. Ha sikerül ipari méretekben is előállítani, az arany többé nemcsak ékszer vagy pénzügyi biztosíték lesz, hanem a jövő egyik kulcsfontosságú technológiai alapanyaga.

(via)

Olvasd el Tudomány rovatunk többi cikkét is!