In der Vergangenheit haben wir über Graphen und seine elektrische Leitfähigkeit berichtet, was das Material zu einem potenziellen Halbleiter macht.
Vor wenigen Wochen haben Forscher laut einer Studie einen ähnlichen Durchbruch bei Gold erreicht. Die Wissenschaftler stellten erstmals eine Ein-Atom-Goldschicht her. Dieses neuartige
Material besitzt Halbleitereigenschaften und wurde passenderweise Goldene
getauft.
Warum ist das wichtig? Durch fortschreitende Materialforschung können bestehende Techniken bestenfalls verbessert und effizienter gestaltet werden.
Im Detail: Warum dieser Durchbruch eine kleine Sensation ist, fassen die Wissenschaftler der Universität Linköping in Schweden in einer Pressemitteilung zusammen:
Wenn man ein Material extrem dünn macht, passiert etwas Außergewöhnliches – wie bei Graphen. Das Gleiche passiert mit Gold. Wie Sie wissen, ist Gold normalerweise ein Metall, aber wenn es nur eine Atomschicht dick ist, kann das Gold stattdessen zu einem Halbleiter werden
Goldene: Laut dem Cosmos Magazin wurde das neue Material Goldene
genannt, weil es die Zweidimensionalität des kohlenstoffbasierten Graphen nachahmt. Also eine Wortneuschöpfung aus Gold und dem englischen Graphene
(Graphen).
Wozu braucht man superdünnes Gold? Laut dieser Studie der Forscher könnte Goldene bei folgenden Anwendungen zum Einsatz kommen:
- Kohlendioxidumwandlung
- Wasserstoff-Produktion
- Produktion von
value-added chemicals
, also die Umwandlung von Kunststoffabfällen und Biomasse in chemische Mehrwertprodukte.
Der berühmte glückliche Zufall und eine alte Schmiedetechnik
Manchmal muss man in der Forschung einfach Glück haben und ein wachsames Auge für alte Techniken der Vergangenheit besitzen. Diese beiden Umstände verhalfen den pfiffigen Köpfen der Uni Linköping zu ihrem Forscherglück.
Die Herausforderung: Die Herstellung einer einschichtigen Goldatomschicht erwies sich als äußerst schwierig. Das Material klumpte häufig und ein Erfolg blieb aus.
Der Durchbruch gelang nur durch einen glücklichen Zufall. In einem anderen Projekt entwickelten Forscher gerade elektrisch leitfähige Keramik namens Titan-Siliziumkarbid, bei der Silizium in dünnen Schichten vorliegt.
Dann hatten wir die Idee, das Titan-Siliziumkarbid mit Gold zu beschichten […]. Aber als wir das Bauteil hohen Temperaturen aussetzten, wurde die Siliziumschicht im Inneren des Grundmaterials durch Gold ersetzt.
Das Phänomen wird intercalation
(Interkalation) genannt und das Ergebnis dieses Prozesses war Titangoldkarbid. Doch damit war es nicht getan. Das jetzt eingeschlossene Gold konnte lange Zeit nicht wieder herausgelöst werden.
Glücklicher Zufall: Lars Hultman entdeckte eine alte japanische Schmiedekunst. Sie nennt sich Murakami’s reagent
(Murakamis Reagenz). Dabei wurden früher Kohlenstoffrückstände weggeätzt, was bei der Messerherstellung die Farbe von Stahl veränderte.
Shun Kashiwaya gelang es im Anschluss, das alte Verfahren an ihr modernes Experiment anzupassen und das Gold vom restlichen Material des Titangoldkarbids zu befreien. Am Ende entstand ein Produkt, was die Forscher mit Cornflakes und Milch
verglichen. Dazu meint Kashiwaya:
Mit einer Art Sieb können wir das Gold sammeln und es mit einem Elektronenmikroskop untersuchen, um zu bestätigen, ob uns der Durchbruch gelungen ist. Was wir getan haben.
Apropos Goldgewinnung: Wer etwas Zeit hat und Interesse rund ums Thema Gold hat, kann sich im Anschluss des Artikels gerne dieses investigative Video von ZDFinfo ansehen. Dort seht ihr, wie abenteuerlich der Abbau von Gold in Ecuador stattfindet und wie die Arbeiter dabei für ein paar Gramm ihr Leben aufs Spiel setzen:
Link zum YouTube-Inhalt
Besonderheit und Zukunftsaussicht des superdünnen Plattgolds
Durch die neuartige 2D-Anordnung des Goldes entwickelt es besondere Eigenschaften. Jedes Goldatom hat nur sechs Nachbaratome, während es im dreidimensionalen Raum in der Regel zwölf sind. So schreibt die Uni Linköpig in ihrer Pressemittteilung:
Dadurch könnte es in der Umwandlung von Kohlendioxid, die Katalyse zur Wasserstofferzeugung, die selektive Produktion von Mehrwertchemikalien, die Wasserreinigung, in der Kommunikationstechnik und vielen weiteren Anwendungen genutzt werden.
Zukunftsausblick: Diese Entdeckung scheint also großes Potenzial zur Verbesserung vieler bestehender Techniken zu bieten. Wir können gespannt sein, ob wir in Zukunft selbst Geräte in der Hand halten, die mit diesem Goldene
bestückt sind.
Als Nächstes möchten die LiU-Forscher in weiteren Versuchsreihen testen, ob dies auch mit anderen Edelmetallen möglich ist.
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