پیشرفت در تولید لایه‌های دو‌بعدی طلای نانو

پتانسیل‌های لایه‌های نازک طلا در نانوتکنولوژی

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

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

چالش‌ها در سنتز لایه‌های نازک دو بعدی طلا

یکی از چالش‌های اصلی در سنتز لایه‌های نازک دو بعدی طلا، پایدارسازی پیوندهای فلزی ایزوتروپیک در اشکال کاملاً دو بعدی بوده است. برای حل این مشکل، تیم تحقیقاتی در دانشگاه لوند و دانشگاه هوکایدو از یک روش نوآورانه به‌کارگیری پایین به بالا همراه با محاسبات با کارایی بالا استفاده کردند. این رویکرد امکان ایجاد لایه‌های طلا با الگوهای نانوساختاری منحصر به فرد، ثبات حرارتی قابل توجه و پتانسیل کاتالیزوری را فراهم کرد.

این تیم لایه‌های طلا را بر روی یک زیرلایه ایریدیم رشد دادند و اتم‌های بور را در مرز بین طلا و ایریدیم قرار دادند. این تکنیک نوآورانه منجر به تولید ورق‌های مونو اتمی معلق 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 شکل بگیرند.

تحقیقات جدید در مورد فیلم‌های طلا و ویژگی‌های ۲ بعدی فلزات

دکتر الکسی پریوبراژنسکی از آزمایشگاه MAX IV دانشگاه لوند و یکی از نویسندگان اصلی این مطالعه، می‌گوید: «آسانی در آماده‌سازی و پایداری حرارتی فیلم‌های طلای تولید شده بسیار قابل توجه است و این امر آن‌ها را به یک بستر عملی برای مطالعات بیشتر در مورد خواص بنیادی فلزات ۲ بعدی و پتانسیل آن‌ها در کاربردهای مختلف در الکترونیک و نانوتکنولوژی تبدیل می‌کند.»

برای بررسی خواص ساختاری و الکترونیکی فیلم‌های طلا، از تکنیک‌های پیشرفته‌ای مانند میکروسکوپ تونل زنی روبشی (STM) و طیف‌سنجی اشعه ایکس استفاده شد. تحلیل‌ها تأیید کردند که گنجاندن بور به انتقال از پیوند فلزی ۳ بعدی به پیوند عمدتاً ۲ بعدی کمک می‌کند که به ‌طور بنیادی رفتار الکترونیکی لایه‌های طلا را تغییر می‌دهد. این تغییر، ماهیت منحصر به فرد فیلم‌های سنتز شده را نشان می‌دهد زیرا روش‌های سنتی معمولاً نمی‌توانند یک فرم فلزی ۲ بعدی پایدار را حفظ کنند و به جای آن منجر به ساختارهای کوچک یا ناپایدار می‌شوند.

توانایی ایجاد لایه‌های فلزی پایدار و تقریباً مستقل بر روی یک ناحیه وسیع، پیامدهای گسترده‌ای دارد. دکتر آندری لیالین، استاد همکار از دانشکده علوم دانشگاه هوکایدو و نویسنده دیگر این مطالعه، می‌گوید: «این تحقیق راه‌هایی را برای آزمایش نظریه‌ها و بررسی بیشتر کاربردهای بالقوه فلزات ۲ بعدی در زمینه‌های مختلف، از جمله کاتالیز و تبدیل انرژی، باز می‌کند.»

با پرداختن به چالش‌های پایداری مواد فلزی ۲ بعدی، این مطالعه به درک روزافزون مواد ۲ بعدی کمک کرده و زمینه‌ساز کاربردهای فناوری بالقوه می‌شود.