Pendant des siècles, les orfèvres ont cherché des moyens de aplatir l’or dans des formes toujours plus fines. Une approche basée sur la chimie moderne a finalement créé un matériau en or qui ne peut littéralement pas être plus mince, constitué d’une seule couche d’atomes.
S’en tenant aux conventions de dénomination de la science des matériaux, les chercheurs ont nommé ce nouveau matériau bidimensionnel « goldene », et il possède des propriétés intéressantes que l’on ne retrouve pas dans la forme tridimensionnelle de l’or.
« Si vous fabriquez un matériau extrêmement fin, quelque chose d’extraordinaire se produit – comme dans le cas de graphène, » explique le scientifique des matériaux Shun Kashiwaya de l’Université de Linköping en Suède.
« La même chose se produit avec l’or. Comme vous le savez, l’or est généralement un métal, mais s’il ne contient qu’une seule couche d’atome, l’or peut devenir un semi-conducteur. »
L’or est assez difficile à amener dans une configuration bidimensionnelle, en raison de sa tendance à s’agglutiner. Les tentatives précédentes ont abouti soit à une feuille mince plusieurs atomes d’épaisseurou une monocouche pris en sandwich entre ou sur un autre matériau, et ne pouvant être détaché.
Kashiwaya et ses collègues n’avaient pas pour objectif de créer un Goldene, mais sont tombés par hasard sur les premières étapes de leur processus.
« Nous avions créé le matériau de base en pensant à des applications complètement différentes », déclare le physicien des matériaux Lars Hultman de l’Université de Linköping.
« Nous avons commencé avec une céramique conductrice d’électricité appelée carbure de silicium-titane, où le silicium est présent en fines couches. Ensuite, l’idée était de recouvrir le matériau d’or pour établir un contact. Mais lorsque nous avons exposé le composant à haute température, la couche de silicium a été remplacée. par l’or à l’intérieur du matériau de base.
Jusqu’ici, tout va bien. Mais comme pour d’autres tentatives visant à créer de l’or monocouche, les progrès se sont arrêtés à cette étape critique. Depuis plusieurs années, le intercalé Le carbure de titane et d’or que l’équipe avait créé est resté tel quel, sans aucun moyen d’extraire les couches d’or ultra-fines entre les couches de titane et de carbone qui le prenaient en sandwich.
C’est là qu’intervient une technique basée sur une solution de gravure appelée réactif de Murakami.
Le réactif de Murakami est un mélange de produits chimiques utilisés dans le travail des métaux pour éliminer le carbone et tacher l’acier, ce qui donne lieu aux types de motifs observés sur certains couteaux japonais.
Ils ont essayé différentes concentrations du mélange et différents délais pour le processus de gravure afin de ronger le titane et le carbone entourant le or. Plus ils laissent reposer longtemps, meilleurs sont les résultats – mais ce n’est pas tout ce qu’exige la recette.
L’effet de gravure du réactif de Murakami crée un sous-produit appelé ferrocyanure de potassium. S’il est exposé à la lumière, le composé libère du cyanure qui dissous l’orle processus de gravure devait donc se dérouler entièrement dans l’obscurité.
Enfin, la fine feuille d’or avait tendance à s’enrouler et à s’agglutiner, ce qui a été résolu en ajoutant un tensioactif qui empêchait la couche de se replier et de coller sur elle-même, maintenant ainsi l’intégrité de la monocouche. Une analyse plus approfondie a révélé que ces étapes délicates ont finalement réussi à former un goldene stable, tout comme les simulations théoriques l’avaient prédit.
Habituellement, l’or est un excellent chef d’orchestre d’électricité. Lorsque l’élément prend la forme d’une feuille bidimensionnelle, les atomes possèdent deux liaisons libres, le transformant en un semi-conducteur aux propriétés conductrices entre un conducteur et un isolant. Ceux-ci sont utiles parce que leur conductivité peut être ajustée.
L’or possède déjà des propriétés qui le rendent très prisé dans les applications chimiques. Lui imprégner les propriétés d’un semi-conducteur ouvre également une toute nouvelle gamme de façons de l’utiliser, notamment la purification de l’eau, la communication et la production chimique.
Les recherches de l’équipe ont été publiées dans Synthèse naturelle.
