Durante siglos, los orfebres han buscado formas de aplanar el oro para darle formas cada vez más finas. Un enfoque basado en la química moderna finalmente ha creado un material de oro que literalmente no puede ser más delgado y que consiste en una sola capa de átomos. Siguiendo las convenciones de nomenclatura de la ciencia de los materiales, los investigadores han denominado a este nuevo material bidimensional “goldene”, y tiene algunas propiedades interesantes que no se ven en la forma tridimensional del oro.
“Si se hace un material extremadamente delgado, sucede algo extraordinario, como ocurre con el grafeno”, explica el científico de materiales Shun Kashiwaya de la Universidad de Linköping en Suecia.
“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”.
Es bastante difícil lograr que el oro adopte una configuración bidimensional, debido a su tendencia a agruparse. Intentos anteriores han dado como resultado una lámina delgada de varios átomos de espesor o una monocapa intercalada entre o sobre otro material y que no se puede desprender. Kashiwaya y sus colegas no se propusieron hacer goldene, pero tropezaron con los primeros pasos de su proceso por accidente.
“Habíamos creado el material base con aplicaciones completamente diferentes en mente”, afirma el físico de materiales Lars Hultman de la Universidad de Linköping.
“Comenzamos con una cerámica conductora de electricidad llamada carburo de silicio de titanio, donde el silicio está en capas delgadas. Luego la idea era recubrir el material con oro para hacer contacto. Pero cuando expusimos el componente a altas temperaturas, la capa de silicio fue reemplazada por oro dentro del material base”.
Hasta ahora, todo bien. Pero al igual que con otros intentos de crear oro monocapa, el progreso se estancó en este paso crítico. Durante varios años, el carburo de oro y titanio intercalado que el equipo había creado siguió siendo solo eso, sin forma de extraer las capas súper delgadas de oro entre las capas de titanio y carbono que lo intercalaban.
Aquí es donde entra en juego una técnica basada en una solución de grabado llamada reactivo de Murakami. El reactivo de Murakami es una mezcla de productos químicos utilizados en el trabajo de metales para eliminar el carbono y teñir el acero, lo que da como resultado los tipos de patrones que se ven en algunos cuchillos japoneses.
Probaron diferentes concentraciones de la mezcla y diferentes períodos de tiempo para que el proceso de grabado devorara el titanio y el carbono que rodeaban el oro. Cuanto más lo dejaran reposar, mejores serían los resultados, pero eso no era todo lo que requería la receta.
El efecto de grabado del reactivo de Murakami crea un subproducto llamado ferrocianuro de potasio. Si se expone a la luz, el compuesto libera cianuro que disuelve el oro, por lo que el proceso de grabado tuvo que realizarse completamente en la oscuridad.
Finalmente, la fina lámina de oro tenía tendencia a curvarse y aglutinarse, lo que se solucionó añadiendo un tensioactivo que impedía que la capa se doblara y se pegara a sí misma, manteniendo la integridad de la monocapa. Un análisis más detallado reveló que estos complicados pasos lograron finalmente formar un goldene estable, tal como lo habían predicho las simulaciones teóricas.
Normalmente, el oro es un excelente conductor de electricidad. Cuando el elemento toma la forma de una lámina bidimensional, los átomos tienen dos enlaces libres, transformándolo en un semiconductor con propiedades conductoras entre un conductor y un aislante. Son útiles porque se puede ajustar su conductividad. El oro ya tiene propiedades que lo hacen muy apreciado en aplicaciones químicas. Dotarlo de las propiedades de un semiconductor también abre una gama completamente nueva de formas en que podemos usarlo, incluida la purificación del agua, la comunicación y la producción química.
La investigación del equipo ha sido publicada en Nature Synthesis.
Fuente: Science Alert.
