Подвиньтесь, графен - в научном мире появился новый атомный монослой. Ученым из шведского университета Линчепинга удалось синтезировать материал, который они назвали "goldene" (золотой). Аналогично графену, этот новый материал состоит из атомов, расположенных в одноатомном слое, но только не из углерода, а как вы уже догадались из золота. Это наделило его уникальными свойствами, делающими "goldene" весьма перспективным материалом для различных применений, от батарей до высокотехнологичных сенсоров.
Графен был открыт в 2004 году, который в конечном итоге принес команде ученых за свои усилия Нобелевскую премию в 2010 году. С тех пор ученые идентифицированы сотни двумерных материалов, большинство из которых было гораздо сложнее выделить, чем графен, потому что двумерные металлы слишком капризны. Атомы металлов имеют тенденцию группироваться вместе, образуя трехмерные наночастицы вместо двухмерных листов. В 2022 году исследователи из Нью-Йоркского университета в Абу-Даби заявили, что им удалось получить золотистый материал, однако другие исследователи оспорили это утверждение, указав на многослойную структуру полученного материала.
Однако шведским ученым из Линчёпинга удалось обойти эти трудности, разработав метод, названный ими "gold mining" (добычей золота). Он заключается в следующем: сначала создается материал, состоящий из слоев кремния, зажатых между карбидом титана. Затем на поверхность этой структуры добавляются атомы золота. Однако из-за электрохимических свойств золота и кремния они не остаются на поверхности, а проникают в слоистую структуру, замещая атомы кремния. В результате получается тонкий слой золота, заключенный между изолирующими слоями карбида титана.
Крошечные кусочки золотистого материала, видимые в электронном микроскопе высокого разрешения. Автор: Nature / Линчепингский университет
Извлечь монолисты "goldene" из этой "карбидной клетки" оказалось нелегкой задачей. Команда ученых использовала процесс травления для удаления карбида титана. В его основе лежал раствор щелочного феррицианида калия, также известный как реактив Муруками. «Что удивительно, так это то, что мы применили 100-летний рецепт, используемый японскими кузнецами для украшения изделий из железа», — сообщил ученый-материаловед из Линчёпинга Ларс Хультман. В раствор также вошли поверхностно-активные вещества — молекулы, которые окружают листы золота и снижают вероятность их слипания.
В исследовании представлены электронные микрофотографии (см. выше), на которых, по-видимому, запечатлены золотые монослои. В настоящее время команда сосредоточена на увеличении размера монолистов "goldene". На данный момент экспериментальный процесс позволяет синтезировать листы только с общей площадью поверхности 200-нм. Для реализации полного потенциала материала необходимы более крупные фрагменты нового материала. Команда предполагает, что большинство областей, в которых наночастицы золота показали себя многообещающе, можно улучшить с помощью "goldene". Кроме того, ученые надеются, что метод "золотодобычи" может быть использован для синтеза других капризных двумерных материалов в будущем.