نیمه‌رسانای طلایی ساخته شد 

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا به نقل از اینترستینگ اینجینیرینگ، پژوهشگران دانشگاه لینکوپینگ سوئد، یک ورقه تک‌اتمی از طلا به نام «طلایی» (goldene) ساخته‌اند که می‌توان از آن برای تولید هیدروژن، ترکیبات ارزش افزوده و تبدیل دی اکسید کربن استفاده کرد.

این فرآیند مستلزم استفاده از روشی است که در میراث آهنگری ژاپنی‌ها به نام «شناساگر موراکامی» شناخته می‌شود و بیش از یک قرن سابقه دارد.

استفاده دانشمندان از یک روش باستانی

به دلیل تمایل طلا به جمع شدن، دانشمندان مدت هاست در تلاشند تنها یک ورقه طلا به ضخامت یک اتم بسازند. با این حال، محققان سوئدی با کمک روش کهن آهنگران ژاپنی به این دستاورد نائل شدند.

«شون کاشیوایا» (Shun Kashiwaya) محقق بخش طراحی مواد در دانشگاه لینکوپینگ و مجری این تحقیقات گفت: اگر یک ماده را بسیار نازک کنید، اتفاق خارق العاده‌ای رخ می‌دهد مانند گرافن. همین اتفاق در مورد طلا نیز می‌افتد.

طلا در شکل متعارف خود، به طور معمول به عنوان یک فلز ظاهر می‌شود. با این حال، هنگامی که به ضخامت یک لایه تک اتمی در می‌آید، دچار تبدیل شده و خواص نیمه رسانا از خود نشان می‌دهد.

دانشمندان برای تولید «طلایی» از یک ماده پایه سه بعدی استفاده و طلا را بین لایه‌های تیتانیوم و کربن تعبیه کردند. با این حال، روند رسیدن به آن دشوار بود.

محققان این ماده پایه و زیربنایی را برای برنامه کاملا متفاوت دیگری توسعه دادند. آنها با کاربید سیلیکون تیتانیوم کار می‌کردند، سرامیکی که رسانای الکتریکی و حاوی لایه‌های ریز سیلیکون است. برای ایجاد یک ارتباط، قرار بود این ماده با طلا پوشانده شود.

«لارس هالتمن» (Lars Hultman) استاد فیزیک لایه نازک دانشگاه لینکوپینگ، گفت؛ اما زمانی که ما این ماده را در معرض دمای بالا قرار دادیم، لایه سیلیکون با طلا در داخل ماده پایه جایگزین شد.

محققان کاربید طلای تیتانیوم را پیدا کردند که به عنوان «میان لایِش» شناخته می‌شود. آنها چندین سال است که این کاربید تیتانیوم-طلا را دارند؛ اما مطمئن نیستند که چگونه طلا را به طور مؤثر لایه‌برداری کنند.

مرز جدیدی در علم مواد

هالتمن به روشی برخورد کرد که ریشه در سنت آهنگری ژاپنی داشت که بیش از یک قرن سابقه دارد. این روش که به شناساگر موراکامی موسوم است بقایای کربن را به خوبی از بین می‌برد و رنگ فولاد را تغییر می‌دهد، روشی که در صنعت چاقوسازی و ... نیز به کار می‌رود.

با این حال، تکرار فرمول دقیق استفاده شده توسط آهنگر‌های سنتی، دست نیافتنی بود. آنها غلظت‌های مختلف شناساگر موراکامی و بازه‌های زمانی متفاوت را برای سونش امتحان کردند. یک روز، یک هفته، یک ماه و چند ماه. چیزی که دریافتند این بود که هرچه غلظت کمتر و فرآیند سونش طولانی‌تر باشد، بهتر است؛ اما هنوز کافی نبود.

از آنجایی که نور باعث تشکیل سیانید در واکنش می‌شود و طلا را از بین می‌برد، حکاکی نیز باید در تاریکی کامل انجام شود. محققان در آخرین مرحله برای تثبیت ورق‌های طلا از یک سورفکتانت برای جلوگیری از پیچش ورقه‌های دو بعدی استفاده کردند. ورقه‌های طلایی در داخل محلول، شبیه به دانه‌های ذرت در شیر دیده می‌شوند.

محققان با استفاده از نوعی «الک» توانستند طلا را برای بررسی، جمع آوری و سپس با استفاده از میکروسکوپ الکترونی موفقیت تلاش خود را تایید کردند.

به گفته محققان، با توجه به اینکه طلا در حالت دو بعدی، دارای دو پیوند آزاد است، «طلایی» نیز خواص و ویژگی‌های نوینی از خود نشان داد.

کاربرد‌های بعدی برای این طلای تک لایه می‌تواند شامل تبدیل دی اکسید کربن، کاتالیز تولید هیدروژن، سنتز انتخابی مولکول‌ها با ارزش افزوده، تولید هیدروژن، تصفیه آب، ارتباطات و موارد دیگر باشد.

علاوه بر این، مقدار طلای مورد استفاده در کاربرد‌های دیگر را می‌توان به میزان قابل توجهی کاهش داد.

پژوهشگران سوئدی اکنون قصد دارند همین کار با سایر فلزات نجیب انجام داده و تعیین کاربرد‌های بالقوه‌ای برای آینده آنها در نظر بگیرند.