Durante séculos, os ourives procuraram formas de transformar o ouro em lâminas cada vez mais finas. Uma técnica assente na química moderna permitiu agora produzir um material de ouro que, literalmente, não pode ser mais fino: é composto por uma única camada de átomos.
Seguindo as convenções de nomenclatura da ciência dos materiais, os investigadores deram a este novo material bidimensional o nome de «goldene». Apresenta ainda propriedades interessantes que não surgem no ouro na sua forma tridimensional.
Goldene: ouro reduzido a uma camada atómica
«Quando se torna um material extremamente fino, acontece algo extraordinário - tal como sucede com o grafeno», explica Shun Kashiwaya, cientista de materiais da Universidade de Linköping, na Suécia.
«Com o ouro verifica-se o mesmo. Como se sabe, o ouro é normalmente um metal, mas, quando tem a espessura de uma só camada atómica, pode passar a ser um semicondutor.»
Levar o ouro a adoptar uma configuração bidimensional é particularmente difícil, devido à sua tendência para se aglomerar. Tentativas anteriores originaram folhas finas com vários átomos de espessura ou monocamadas presas entre outros materiais, ou depositadas sobre eles, que não podiam ser separadas.
Kashiwaya e os seus colegas não tinham como objectivo inicial criar goldene: descobriram por acaso as primeiras etapas do processo.
«Tínhamos produzido o material de base para aplicações completamente diferentes», afirma Lars Hultman, físico de materiais da Universidade de Linköping.
«Começámos por um material cerâmico eletricamente condutor chamado carboneto de titânio e silício, no qual o silício está disposto em camadas finas. A intenção era depois revestir o material com ouro para criar um contacto. Contudo, ao expormos o componente a uma temperatura elevada, a camada de silício no interior do material de base foi substituída por ouro.»
Gravura química para libertar o ouro bidimensional
Até aqui, tudo correra bem. Porém, tal como acontecera noutras tentativas de obter ouro numa monocamada, o avanço parou neste ponto decisivo. Durante vários anos, o carboneto de titânio, ouro e carbono intercalado produzido pela equipa permaneceu nessa forma, sem qualquer maneira de extrair as camadas ultrafinas de ouro que estavam encaixadas entre as camadas de titânio e carbono.
Foi então que entrou em cena uma técnica que recorre a uma solução de gravura química designada reagente de Murakami.
O reagente de Murakami é uma combinação de substâncias químicas usada no trabalho de metais para remover carbono e tingir o aço, criando os padrões visíveis em algumas facas japonesas.
Os investigadores testaram várias concentrações da mistura e diferentes durações para que o processo de gravura eliminasse o titânio e o carbono à volta do ouro. Quanto mais tempo deixavam o material na solução, melhores eram os resultados - embora a receita exigisse mais do que isso.
A acção de gravura do reagente de Murakami gera um subproduto chamado ferrocianeto de potássio. Quando exposto à luz, este composto liberta cianeto, que dissolvia o ouro; por isso, toda a gravura teve de ser realizada no escuro.
Por fim, a folha extremamente fina de ouro tendia a enrolar-se e a aglomerar-se. O problema foi resolvido com a adição de um tensioactivo, que impediu a camada de se dobrar e aderir a si própria, preservando a integridade da monocamada. Análises posteriores confirmaram que estas etapas delicadas permitiram finalmente formar goldene estável, conforme previsto pelas simulações teóricas.
Propriedades semicondutoras do goldene
Em condições normais, o ouro é um excelente condutor de eletricidade. Ao assumir a forma de uma folha bidimensional, os seus átomos ficam com duas ligações livres, convertendo-o num semicondutor com propriedades de condução intermédias entre as de um condutor e as de um isolador. Estes materiais são úteis porque a sua condutividade pode ser ajustada.
O ouro já possui características que o tornam muito valorizado em aplicações químicas. Acrescentar-lhe propriedades semicondutoras abre, por sua vez, uma gama totalmente nova de utilizações, incluindo a purificação de água, as comunicações e a produção química.
A investigação da equipa foi publicada na Nature Synthesis.
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