Svenske forskere laver atomtyndt guld

Masser af gange har vi, der propagerer guldets udbredelse som aktiv, påstået, at guld kan valses så tyndt, som det skal være. Nu har vi videnskabens ord for, at det er sandt. Bortset fra at man ikke bruger noget så simpelt som en valse, men avanceret materialefysik.

Efterspørgsel falder – måske

For første gang er det nemlig lykkedes for forskere at skabe guldplader, der kun er ét atomlag tykt. Det er en ekstrem tyndhed, som kan være vanskeligt at forestille sig, for det er den tyndeste tyndhed, der teoretisk kan være for et stof.

Konsekvensen af den nye opdagelse for guldprisens vedkommende kan blive et tryk i nedadgående retning, da der, alt andet lige, vil blive brug for mindre guld i forskellige applikationer.

Det kan så være, at guld vil blive brugt i mange flere applikationer, men det er en noget usikker spådom.

Guldén – eller goldene på engelsk

Det nye materiale, eller skal vi sige gulds nye applikation, har fået navnet guldén – goldene på engelsk. Ifølge forskerne fra Linköpings Universitet i Sverige, som står bag den nye opdagelse, får guldet nye egenskaber, der kan gøre det velegnet til blandt andet kuldioxidomdannelse, brintproduktion og fremstilling af værdifulde kemikalier. Resultaterne er publiceret i tidsskriftet Nature Synthesis.

Forskere har længe forsøgt at lave guld, der er én atom tykt, men har mislykkedes på grund af metallets tendens til at klumpe sig sammen. Men nu er det lykkedes for forskere fra Linköpings Universitet takket være en århundreder gammel opskrift, som har været brugt af japanske smede.

Fra metal til halvleder

”Normalt er guld som bekendt et metal, men hvis det bliver et atomlag tykt, kan guldet i stedet blive en halvleder,” siger Shun Kashiwaya, forsker ved Institut for Materialedesign ved Linköpings Universitet, ifølge en pressemeddelelse fra universitetet.

For at skabe guldet, tog Linköping-forskerne udgangspunkt i et tredimensionelt grundmateriale, hvor guldet ligger mellem lag af titanium og kulstof. Vejen til atomguldet guldén har dog ikke været uden problemer.

Ifølge Lars Hultman, professor i tyndfilmsfysik ved Linköpings Universitet, skyldes en del af fremskridtene det rene held.

Keramik, silicium, titanium og guld

”Vi havde lavet grundmaterialet med helt andre anvendelser for øje,” siger professor Hultman til universitetets presseafdeling. ”Vi startede med elektrisk ledende keramik kaldet titanium siliciumkarbid, hvor silicium findes i tynde lag. Vi ville belægge keramikken med guld for at skabe en kontakt. Men da vi udsatte materialet for høj temperatur, blev siliciumlaget erstattet af guld inde i grundmaterialet,” fortæller Lars Hultman.

Fænomenet kaldes interkalation, og det materiale, forskerne fandt, var titaniumguldkarbid. Forskerne har i flere år kendt til titaniumguldkarbid uden at vide, hvordan man ”vasker guldet ud”.

Japanske smede var redningen

Som ved et tilfælde fandt Lars Hultman en metode, der har været brugt i japansk smedearbejde i over hundrede år. Den kaldes ”Murakamis reagens” og ætser kulstofrester væk og ændrer farven på stål ved eksempelvis knivfremstilling. Men det var ikke muligt at bruge nøjagtig samme opskrift, som smedene gjorde. Shun Kashiwaya måtte teste sig frem:

”Jeg prøvede forskellige koncentrationer af Murakami-reagenset og ætsning af forskellige varighed: en dag, en uge, en måned, flere måneder. Det, vi bemærkede, var, at jo lavere koncentration og jo længere ætsning, jo bedre. Men det var alligevel ikke nok,” siger han.

Cornflakes med mælk – og guldén

Desuden skal det hele ske i mørke, da reaktionen udvikler cyanid, når den rammes af lys, og cyanid opløser guldet. Derpå skulle de såkaldte todimensionelle ark af guld hindres i at krølle sammen, hvilket man gør med et overfladeaktivt middel, et langt molekyle, som stiliserer og adskiller arkene.

Shun Kashiwaya sammenligner processen med cornflakes i mælk, som indfanges med net og testes i elektronmikroskop. Testen faldt heldigt ud – guldén var født!

Fremtidige anvendelser kan omfatte kuldioxidomdannelse, produktion af værdifulde kemikalier, katalyse til fremstilling af brint, vandrensning, kommunikation og meget mere. Derudover kan mængden af guld, der bruges i applikationer i dag, reduceres kraftigt.

Videre til ny viden

Næste skridt for Linköpingforskerne er at undersøge, om det er muligt at gøre det samme med andre ædelmetaller, og at identificere flere fremtidige anvendelser.

Forskernes artikel, Synthesis of goldene comprising single-atom layer gold af Shun Kashiwaya, Yuchen Shi, Jun Lu, Davide G. Sangiovanni, Grzegorz Greczynski, Martin Magnuson, Mike Andersson, Johanna Rosen og Lars Hultman; i: Nature Synthesis, publiceret online den 16. april 2024, DOI: 10.1038/s44160-024-00518-4 og findes her:

Læs her    Hent PDF