Вчені перетворили золото на напівпровідник – допоміг стародавній рецепт японських ковалів

    163

    Золото як відмінний і стійкий до агресивних середовищ провідник давно набув популярності у виробників чипів та електроніки. Нещодавно вчені змогли відкрити в ньому нову та несподівану грань, яка додасть популярності цьому металу – вони навчилися перетворювати його на напівпровідник. До цього відкриття призвела низка випадковостей, але щоб досягти потрібного результату знадобилося багато років.

    Якщо стисло, за допомогою низки хімічних процесів вдалося створити стійкий атомарно тонкий шар чистого золота. За аналогією з графеном його назвали «goldene» (златен?). Атоми золота в атомарно тонкому шарі залишають по два вільні зв’язки, що дає можливість надати матеріалу властивості між провідником і ізолятором. Хімічна промисловість також буде рада такому матеріалу, а фразу ваші транзистори просто золоті можна буде сприймати буквально.

    «Якщо ви зробите матеріал надзвичайно тонким, станеться щось екстраординарне – як із графеном, – пояснив учений-матеріалознавець Шун Кашівайя (Shun Kashiwaya) з Лінчепінгського університету у Швеції (Linköpings universitet, LiU). — Те саме відбувається і із золотом. Як ви знаєте, золото зазвичай є металом, але при товщині шару в один атом золото може перетворитися на напівпровідник».

    Відкриття певною мірою зроблене випадково. Дослідники працювали з таким матеріалом, як карбід титану кремній Ti 3 SiC 2. Це перспективна електропровідна кераміка із дуже тонким шаром кремнію. Вчені спробували нанести золотий контакт на матеріал, але у результаті під впливом високої температури атоми золота замістили у матеріалі атоми кремнію. Сталося це кілька років тому, і лише через роки вчені навчилися хімічним способом видаляти з матеріалу також титан і вуглець, залишаючи лише атомарно тонкий шар золота.

    Рішення знайшлося в стародавньому рецепті японських ковалів, які за допомогою спеціального розчину – реагенту Мурокамі – витравлювали візерунки на мечах (принагідно витравлюючи в металі вуглець). Підбираючи співвідношення хімічних речовин і варіюючи час травлення, вдалося підібрати умови для повного розчинення титану і вуглецю із золотої заготовки. Виявилося також, що травлення має відбуватися у повній темряві, оскільки на світлі утворювалися сполуки, що роз’їдали золото.

    Для запобігання скручування такого тонкого листа золота та утворення грудок вчені додали до матеріалу поверхнево-активну речовину. Аналіз показав, що в результаті вийшло стабільне золото атомарно-тонкої товщини, яке тепер візьмуть у розробку хіміки та інші фахівці.