پیشرفت جذاب در ساخت تک‌لایه‌های طلای دو بعدی

توسعه لایه‌های نازک دو بعدی طلا با ساختار نانو

لایه‌های نازک دو بعدی طلا با ساختار نانو امکانات جدیدی را در زمینه‌های کاتالیز، الکترونیک و نانوتکنولوژی فراهم می‌کنند. محققان موفق به ایجاد لایه‌های نازک دو بعدی طلا شده‌اند که تقریباً به صورت مستقل ایستاده‌اند. این دستاورد، در مهندسی نانومواد، بی‌نظیر است و می‌تواند راه‌های جدیدی را در کاتالیز، الکترونیک و تبدیل انرژی باز کند.

طلا یک فلز غیرفعال است که معمولاً ساختار جامد سه‌بعدی (3D) تشکیل می‌دهد. اما در فرم دو بعدی خود، می‌تواند ویژگی‌های فوق‌العاده‌ای را آزاد کند؛ مانند رفتارهای الکترونیکی منحصر به فرد، واکنش‌پذیری سطحی بالا و پتانسیل عظیم برای کاربردهای انقلابی در کاتالیز و الکترونیک پیشرفته.

یکی از چالش‌ها در سنتز لایه‌های نازک دو بعدی طلا، تثبیت پیوندهای فلزی ایزوتروپیک در فرم‌های کاملاً دو بعدی بوده است. برای حل این مشکل، تیم تحقیقاتی دانشگاه لوند و دانشگاه هوکایدوی ژاپن از یک روش نوآورانه به نام «روش از پایین به بالا» همراه با محاسبات با کارایی بالا استفاده کردند. این روش امکان ایجاد لایه‌های طلا به صورت ماکروسکوپی بزرگ با الگوهای نانوساختاری منحصر به فرد، پایداری حرارتی قابل توجه و قابلیت کاتالیزوری را فراهم کرد.

این تیم لایه‌های طلا را بر روی یک زیرلایه ایریدیوم رشد دادند و اتم‌های بور را در مرز بین طلا و ایریدیوم قرار دادند. این تکنیک نوآورانه منجر به تولید ورق‌های مونو اتمی معلق از طلا شد که دارای ساختار شش‌ضلعی با الگوهای مثلثی در مقیاس نانو بودند. افزودن بور به پایداری و یکپارچگی ساختاری لایه‌های طلا کمک کرد و اجازه داد تا نانوساختارها به‌خوبی شکل بگیرند.

تحقیقات جدید در مورد فیلم‌های طلا و کاربردهای آن‌ها

دکتر الکسی پریوبراجنسکی از آزمایشگاه MAX IV دانشگاه لوند و یکی از نویسندگان اصلی این مطالعه، توضیح می‌دهد: «سهولت در تهیه و پایداری حرارتی فیلم‌های طلای حاصل، اهمیت زیادی دارد و آن‌ها را به یک بستر عملی برای مطالعات بیشتر در مورد خواص بنیادی فلزات 2D و پتانسیل آن‌ها برای کاربردهای متنوع در الکترونیک و نانوتکنولوژی تبدیل می‌کند.»

برای بررسی خواص ساختاری و الکترونیکی فیلم‌های طلا، از تکنیک‌های پیشرفته‌ای مانند میکروسکوپ تونل‌زنی روبشی (STM) و طیف‌سنجی اشعه ایکس استفاده شد. تحلیل‌ها تأیید کردند که گنجاندن بور باعث تسهیل انتقال از پیوند فلزی 3D به پیوند عمدتاً 2D می‌شود که رفتار الکترونیکی لایه‌های طلا را به طور بنیادی تغییر می‌دهد. این تغییر بر ماهیت منحصر به‌فرد فیلم‌های سنتز شده تأکید دارد زیرا روش‌های سنتی معمولاً قادر به حفظ فرم پایدار فلز 2D نیستند و به جای آن به ساختارهای کوچک یا ناپایدار منجر می‌شوند.

توانایی ایجاد لایه‌های فلزی پایدار و تقریباً آزاد در سطح وسیع، پیامدهای گسترده‌ای دارد. دکتر آندری لیالین، استادیار دانشکده علوم دانشگاه هوکایدو و نویسنده دیگر این مطالعه، می‌گوید: «این تحقیق راه‌هایی را برای آزمایش نظریه‌ها و بررسی بیشتر پتانسیل کاربردهای فلزات 2D در زمینه‌های مختلف، از جمله کاتالیز و تبدیل انرژی، باز می‌کند.»

با پرداختن به چالش‌های پایدارسازی مواد فلزی 2D، این مطالعه به درک روزافزون مواد 2D کمک می‌کند و زمینه‌سازی برای کاربردهای فناوری بالقوه را فراهم می‌آورد.