Ändrad nanostruktur ger guld förbättrade elektroniska egenskaper
Genom att förändra guldets struktur på nanonivå kan forskare styra hur materialet interagerar med ljus – och därmed ändra dess elektroniska och optiska egenskaper. Det framgår av en ny studie från Umeå universitet publicerad i Nature Communications.
Guld är guld värt i modern teknik tack vare sin utmärkta ledningsförmåga, korrosionsbeständighet och formbarhet. Denna ädla metall används flitigt som tunn plätering i elektronik (kontakter, kretskort), för att reflektera strålning, samt i avancerade medicinska sensorer. Guld används även i nyare kemiska tillämpningar som koldioxidomvandling och väteproduktion.
Forskare vid Umeå universitet har nu visat att guld får nya elektroniska och optiska egenskaper när dess struktur ändras på nanonivå. Detta kan i sin tur leda till effektivare kemiska reaktioner och teknik, skriver Umeå Universitet på sin hemsida.
– Det här kan göra det möjligt att öka effektiviteten i kemiska reaktioner, till exempel sådana som används vid vätgasproduktion eller koldioxidinfångning, säger Tlek Tapani, doktorand och en av forskarna bakom studien.
Nanoporöst guld, ett metamaterial som framställs i laboratoriemiljö, samspelar med ljus på ett annat sätt än massivt guld. När forskarna utsatte det porösa, svampliknande guldet för ultrakorta laserpulser visade det sig att strukturen tillåter materialet att absorbera mer ljusenergi över ett bredare spektrum.
Den elektroniska temperaturen uppskattades till omkring 3200 K (~2900 °C) i den nanoporösa filmen, jämfört med endast 800 K (~500 °C) i den ostrukturerade film som användes som referens i forskningen.
– Så pass höga elektroniska temperaturer möjliggör ljusinducerade övergångar som annars vore näst intill omöjliga. Intressant nog kunde vi, med hjälp av avancerad elektronmikroskopi och röntgenfotoelektronspektroskopi (XPS) här vid Umeå universitet, bekräfta att de här unika beteendena enbart beror på materialets fysiska form och inte på förändringar i guldets elektroniska struktur, säger Nicolò Maccaferri, forskningsledare och senior författare till artikeln.
Genom att förändra materialets fysiska form, dess morfologi, kan både dess elektroniska beteende och förmågan att samspela med ljus förbättras. Forskarna har systematiskt varierat fyllnadsgraden (förhållandet mellan guld och luft i ”svampen”) och då kunnat styra inte bara guldets, utan även andra metallers elektroniska beteende på ett kontrollerat sätt.
– Vår forskning visar att vi genom att manipulera ett materials arkitektur på nanonivå kan använda själva strukturen som ett designverktyg. Resultaten kan i princip generaliseras till alla material och har betydelse för hur vi utvecklar smarta material för hållbarhet och teknik som går att använda inom allt från katalys till energiutvinning, medicin och kvantumbatterier, säger Nicolò Maccaferri.
