Aranyból született meg a világ új szuperanyaga – A goldene új távlatokat nyit a tudományban

A svéd kutatók által kifejlesztett goldene az arany kémiáját és fizikai tulajdonságait gyökeresen alakítja át. Egy atomvastagságban az arany nem az a fém, amit az ékszerekről ismerünk, hanem egy sokkal aktívabb, fényérzékenyebb és vezetőképesebb anyag, amely új lehetőségeket nyit az elektronikában, az orvosi technológiában és a környezetbarát katalízisben. Ha eddig a grafén volt a kétdimenziós anyagok sztárja, most itt az arany ideje ragyogni.

Mi az a goldene, és miért különleges?

A goldene nem más, mint egy szabadon álló aranylemez, amely csupán egy atom vastagságú. Ezt az elképesztően vékony réteget a Linköpingi Egyetem kutatói hozták létre, Lars Hultman anyagtudós vezetésével. A csapatnak sikerült elérnie, hogy az arany, amely normál esetben hajlamos cseppekké összeállni, síkban maradjon – ehhez azonban kémiai zsonglőrködésre volt szükség.

A kutatók egy úgynevezett MAX-fázisú kristályból indultak ki, amely réteges szerkezetű. Ebben az aranyatomok a szilícium helyére kerültek, és Ti₃AuC₂ képletű anyagot hoztak létre. A trükk az volt, hogy a környező rétegeket úgy oldották le, hogy közben a vékony aranyréteg ne sérüljön meg – mindezt Murakami-reagens segítségével, ami agresszívan reagál a titánnal és a szénnel, de az aranyat békén hagyja.

A végeredmény: egy stabil, önálló, egyatomos aranylap, amely megőrzi sík szerkezetét, miközben új elektronikai és optikai tulajdonságokat mutat.

Hogyan sikerült létrehozni?

Az út a sikerhez nem volt egyszerű. Az arany ugyanis természeténél fogva szeret „gyöngyözni” – ahelyett, hogy laposan elterülne, apró gömböket képez. A tudósok ezt a hajlamot úgy győzték le, hogy felületaktív molekulákat – például CTAB-ot és ciszteint – használtak, amelyek megakadályozták, hogy a frissen felszabadított aranyréteg összehajoljon vagy összetapadjon.

A folyamat közben minden apró részlet számított: a maratás erőssége, az oldat koncentrációja, a megvilágítás hiánya (a fény ugyanis cianidvegyületeket hozhat létre, amelyek feloldják az aranyat), sőt, még az is, milyen távolságra helyezkedtek el egymástól az aranyrétegek a kiindulási kristályban. A tökéletes eredményhez precíz egyensúlyt kellett találni – kicsit, mint amikor a konyhában egyensúlyozol a sóval és a fűszerekkel.

Az eredmény azonban minden fáradságot megért: az elektronmikroszkópos vizsgálatok valódi monorétegeket mutattak ki, amelyek szabadon lebegtek, és csak néhány nanométer nagyságúak voltak. A kutatók még azt is megfigyelték, hogy az aranyatomok közötti távolság kilenc százalékkal kisebb, mint a tömbi aranyban – ez az atomi sűrűsödés az erősebb kötéseket és stabilitást jelzi.

A goldene új világa

A goldene nem csupán szerkezetében különleges. Az röntgen-fotoelektron spektroszkópia (XPS) kimutatta, hogy az anyag elektronjai eltérő energiájú kötéseket mutatnak, mint a hagyományos arany esetében. Ez azt jelzi, hogy az egyatomos arany új, kétdimenziós fémként viselkedik, nem pedig klasszikus nemesfémként.

A számítógépes szimulációk azt is megerősítették, hogy a goldene szobahőmérsékleten stabil, és csak akkor hajlamos hullámosodni, ha a felületi kémia nincs jól hangolva. A kutatók ma már pontosan tudják, hogyan lehet finomhangolni a folyamatot, hogy nagyobb, egységesebb aranylapokat hozzanak létre.

Miért lehet a goldene a jövő kulcsa?

Az arany eddig is fontos szerepet játszott az elektronikában, az orvosi diagnosztikában és a fénytechnológiában – de a goldene ezekben az iparágakban forradalmi változást hozhat. Egy atomvastagságban az arany nagyobb felületet biztosít, hatékonyabban vezeti az elektromosságot, és erősebben kölcsönhat a fénnyel.

Ez új távlatokat nyit a katalízisben, ahol a hulladékanyagok értékes vegyületekké alakítása zajlik; a napenergia-technológiában, ahol minden foton számít; valamint a gyógyászatban, ahol a goldene precíz fototermális terápiákhoz használható – a daganatot helyben melegítve, minimális anyagfelhasználással.

Mivel az anyag szinte minden atomja a felszínen van, kevesebb arany is elég ugyanakkora hatáshoz. Ez nemcsak gazdasági, hanem környezeti előny is: kevesebb bányászat, kevesebb szennyezés, és mégis nagyobb teljesítmény.

(via)

Olvasd el Tudomány rovatunk többi cikkét is!