Crean un nuevo 'grafeno' fabricado con átomos de oro que tiene propiedades extraordinarias
El grafeno lleva años siendo el material maravilla por antonomasia gracias a sus innumerables aplicaciones y características. Su increíble fuerza, ligereza y enorme capacidad conductora se deben a su peculiar estructura de láminas de un solo átomo de altura. Pero ahora, un equipo de investigadores acaba de presentar un potencial rival: el goldene (¿oroeno?), un material también de un átomo de grosor, pero que en lugar de carbono tiene como base el oro. Su uso podría revolucionar campos como el de las comunicaciones o la producción de agua y energía sostenible.
El descubrimiento, realizado por Investigadores de la Universidad sueca de Linköping, marca la primera vez que se consigue una lámina de oro de estas características. Al igual que ocurre con el grafeno, las propiedades del material cambian cuando pasa de su forma tridimensional a la bidimensional. El oro en su estado natural es uno de los mejores conductores de electricidad, sin embargo, al ponerlo en una capa finísima pierde esa característica y se convierte en semiconductor.
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“Si haces un material extremadamente fino, ocurre algo extraordinario, como con el grafeno. Lo mismo ocurre con el oro. Como es sabido, el oro suele ser un metal, pero si tiene una capa de un átomo de grosor, puede convertirse en un semiconductor”, explica Shun Kashiwaya, investigadora de la División de Diseño de Materiales de la Universidad de Linköping y una de las autoras del estudio publicado recientemente en la revista Nature Synthesis.
Cómo se produce el goldene
Crear el goldeno no ha sido tan fácil como fabricar grafeno, que solo requiere calentar el cobre a unos 1.000 grados Celsius y exponerlo al gas metano (rico en carbono). En su caso, los investigadores de Linköping empezaron por intercalar finas capas de silicio entre capas de titanio y carburo que luego las recubrieron de oro. Cuando calentaron el material a altas temperaturas, el oro sustituyó a la fina capa de silicio. Pero extraer de ahí el goldeno resultó todo un reto, aseguran.
El equipo descubrió la solución por casualidad en un antiguo método de forjado japonés. Los herreros nipones usan el reactivo de Murakami para eliminar los restos de carbono y cambiar el color del acero. Sin embargo, el método tal cual se aplica en Japón no sirve y los investigadores han tenido que modificarlo.
Han conseguido crear láminas de oro de un solo átomo de grosor por primera vez, . (Universidad de Linköping – Olov Planthaber)
Han conseguido crear láminas de oro de un solo átomo de grosor por primera vez, . (Universidad de Linköping – Olov Planthaber)
Para encontrar la técnica justa, el equipo probó diferentes concentraciones del reactivo de Murakami y diferentes lapsos de tiempo que iban desde semanas a meses. “Nos dimos cuenta de que cuanto menor era la concentración y más largo el proceso de extracción, mejor. Pero seguía sin ser suficiente”, explica Lars Hultman, catedrático de Física de Películas Finas de la Universidad de Linköping y autor principal del estudio.
El equipo descubrió más tarde que el proceso debe realizarse en la oscuridad, ya que cuando recibe luz se desarrolla cianuro en la reacción y disuelve el oro. Para rematarlo utilizaron un tensioactivo, una molécula larga que separa y estabiliza las láminas.
Un sinfín de aplicaciones
“Las láminas de goldeno están en una solución, un poco como los copos de maíz en la leche. Utilizando una especie de ‘tamiz’, podemos recoger el oro y examinarlo con un microscopio electrónico para confirmar que lo hemos conseguido. Y lo hemos conseguido”, afirma Kashiwaya.
Los investigadores dicen que el goldeno obtiene sus nuevas propiedades de su forma 2D porque los átomos se quedan con dos enlaces libres. Esto significa que podría utilizarse como catalizador para convertir el dióxido de carbono, producir hidrógeno o sustancias químicas valiosas, purificar el agua. También como material para la industria electrónica, reduciendo la cantidad de oro necesaria en las aplicaciones actuales.
El siguiente paso de los investigadores es seguir investigando en sus aplicaciones potenciales y ver si es posible aplicar el mismo método con otros metales preciosos.