Se inventa el goldeno: láminas de oro de espesor atómico
Por primera vez, los científicos han logrado crear láminas de oro con un espesor de sólo un átomo. El material ha sido denominado goldeno y puede convertirse en semiconductor.
Según investigadores de la Universidad de Linköping, Suecia, esto le ha dado al oro nuevas propiedades que pueden hacerlo adecuado para su uso en aplicaciones como la conversión de dióxido de carbono, la producción de hidrógeno y la producción de productos químicos de valor añadido. Sus hallazgos se publican en la revista Nature Synthesis.
Los científicos han intentado durante mucho tiempo fabricar láminas de oro de un solo átomo de espesor, pero fracasaron debido a la tendencia del metal a agruparse. Pero los investigadores de la Universidad de Linköping lo han conseguido gracias a un método centenario utilizado por los herreros japoneses.
"Si haces un material extremadamente delgado, sucede algo extraordinario, como con el grafeno. Lo mismo sucede con el oro. Como sabes, el oro suele ser un metal, pero si tiene una capa de un solo átomo de espesor, el oro puede convertirse en un semiconductor", afirma Shun Kashiwaya, investigador de la División de Diseño de Materiales de la Universidad de Linköping.
Para crear goldeno, los investigadores utilizaron un material base tridimensional donde el oro está incrustado entre capas de titanio y carbono. Pero crear goldeno resultó ser un desafío. Según Lars Hultman, profesor de física de películas delgadas en la Universidad de Linköping, parte del progreso se debe a la casualidad.
"Habíamos creado el material base con aplicaciones completamente diferentes en mente. Comenzamos con una cerámica conductora de electricidad llamada carburo de silicio y titanio, donde el silicio se encuentra en capas delgadas. Luego, la idea era recubrir el material con oro para hacer contacto. Pero cuando "Expusimos el componente a altas temperaturas y la capa de silicio fue sustituida por oro dentro del material base", afirma Lars Hultman.
Este fenómeno se llama intercalación y lo que los investigadores descubrieron fue carburo de oro y titanio. Desde hace varios años, los investigadores disponen de carburo de oro y titanio sin saber cómo se puede exfoliar o, por así decirlo, exfoliar el oro.
Por casualidad, Lars Hultman encontró un método que se utiliza en el arte de la forja japonesa desde hace más de cien años. Se llama reactivo de Murakami y elimina los residuos de carbón y cambia el color del acero en la fabricación de cuchillos, por ejemplo. Pero no fue posible utilizar exactamente la misma receta que utilizaron los herreros. Kashiwaya tuvo que buscar modificaciones.
"Probé diferentes concentraciones del reactivo de Murakami y diferentes lapsos de tiempo para el grabado. Un día, una semana, un mes, varios meses. Lo que notamos fue que cuanto menor era la concentración y más largo era el proceso de grabado, mejor. Pero aun así fue así. No es suficiente", afirma.
El grabado también debe realizarse en la oscuridad, ya que al recibir la luz se forma cianuro que disuelve el oro. El último paso fue estabilizar las láminas de oro. Para evitar que las láminas bidimensionales expuestas se enrollaran, se añadió un tensioactivo. En este caso, una molécula larga que separa y estabiliza las láminas, es decir, un tensioactivo.
"Las láminas de oro están en una solución, un poco como copos de maíz en leche. Usando una especie de 'tamiz', podemos recolectar el oro y examinarlo usando un microscopio electrónico para confirmar que lo hemos logrado. Lo cual es cierto", dice Kashiwaya. .
Las nuevas propiedades del goldeno se deben a que el oro tiene dos enlaces libres cuando es bidimensional. Gracias a esto, las aplicaciones futuras podrían incluir la conversión de dióxido de carbono, la catálisis generadora de hidrógeno, la producción selectiva de productos químicos de valor añadido, la producción de hidrógeno, la purificación del agua, las comunicaciones y mucho más. Además, la cantidad de oro utilizada en las aplicaciones actuales puede reducirse considerablemente.
El siguiente paso para los investigadores de LiU es investigar si es posible hacer lo mismo con otros metales nobles e identificar aplicaciones futuras adicionales.