Ett atomlager guld – Linköpingsforskare skapar guldén

Forskare har länge försökt göra ark av guld som är ett atomlager tjockt men misslyckats på grund av metallens vilja att klumpa ihop sig. Men nu har Lars Hultman, professor i tunnfilmsfysik och Shun Kashiwaya, forskare vid avdelningen för materialdesign vid Linköpings universitet lyckats tack vare ett hundraårigt recept använt av japanska smeder. Resultaten är publicerade i tidskriften Nature Synthesis. Det framgår av ett pressmeddelande.

För att skapa guldén utgick Linköpingsforskarna från ett tredimensionellt grundmaterial där guldet ligger inbäddat mellan lager av titan och kol. Men vägen till guldén har inte varit spikrak. Enlig Lars Hultman, professor i tunnfilmsfysik vid Linköpings universitet, beror en del av framsteget på ett lyckokast.

Forskarna började med elektriskt ledande keramik som kallas titankiselkarbid, där kisel ligger i tunna lager. Då var tanken att belägga keramiken med guld för att skapa en kontakt. Men när de utsatte materialet för hög temperatur blev kisellagret ersatt av guld inuti grundmaterialet.

Fenomenet kallas interkalation och det forskarna då hade upptäckt var titanguldkarbid. Under flera år har forskarna haft titanguldkarbid utan att veta hur guldet ska kunna ”vaskas fram”.

Som av en händelse hittade Lars Hultman en metod som använts inom japansk smideskonst i över hundra år. Det kallas Murakamis reagent som etsar bort kolrester och ändrar färgen på stål vid till exempel knivtillverkning. Men det gick inte att använda exakt samma recept som de smederna gjorde. Shun Kashawaya fick testa sig fram.

Etsningen måste utföras i mörker då cyanid utvecklas i reaktionen när den träffas av ljus och det löser upp guldet. Sista steget var alltså att få guldarken stabila. För att de frilagda tvådimensionella arken inte ska krulla ihop sig tillsattes ett ytaktivt ämne. I detta fall en lång molekyl som separerar och stabiliserar arken, en så kallad tensid.

De nya egenskaperna hos guldén beror på att guldet får två fria bindningar när det ligger i två dimensioner. Tack vare det kan framtida tillämpningar innefatta koldixidomvandling, framställning av värdefulla kemikalier, katalys för att producera vätgas, vattenrening, kommunikation och mycket mer. Dessutom kan mängden guld som används i tillämpningar idag minskas rejält.

Nästa steg för LiU-forskarna är att undersöka om det går att göra likadant med andra ädelmetaller och identifiera fler framtida tillämpningar.

Forskningen finansierades av Vetenskapsrådet, Regeringens strategiska forskningsområde inom materialvetenskap AFM vid Linköpings universitet, Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse, Stiftelsen Åforsk, Olle Enqvists Stiftelse, Carl Tryggers Stiftelse, Göran Gustafssons Stiftelser, MIRAI 2.0, Swedish National Infrastructure for Computing (SNIC) och National Academic Infrastructure for Supercomputing in Sweden (NAISS).