Goldene: la première feuille d’or d’un seul atome d’épaisseur
Pour la première fois, des scientifiques de l’université de Linköping, en Suède, ont réussi à mettre au point des feuilles d’or de l’épaisseur d’un seul atome. Baptisé « goldene », ce matériau révolutionnaire présente de nouvelles propriétés qui pourraient transformer plusieurs applications technologiques, de la catalyse à l’électronique de pointe.
Image d’entête, à partir de l’étude : la structure d’une monocouche de goldene sans défaut. (S. Kashiwaya et col./ Nature Synthesis)
Il n’y a pas si longtemps, le graphène faisait constamment la une des journaux, car il était incroyablement solide, fin, flexible, léger et un excellent conducteur de chaleur et d’électricité. Ce « matériau miracle » a été créé pour la première fois en décollant des couches d’un atome de l’épaisseur d’un morceau de graphite à l’aide d’un ruban adhésif. D’autres expériences ont rapidement conféré à ce matériau des propriétés encore plus étonnantes, et il a commencé à être utilisé dans l’électronique, les panneaux solaires, les écrans, les vêtements, les casques, les blindages pare-balles, les avions et même les chaussures.
Aujourd’hui, il existe peut-être un nouveau matériau miracle prêt à voler la vedette au graphène, le “goldene”, une feuille d’or d’un seul atome d’épaisseur. À l’instar du graphène, les propriétés du matériau sont modifiées par rapport à sa forme 3D brute. Dans ce cas, le goldene devient un semi-conducteur, alors que l’or ordinaire est l’un des meilleurs conducteurs qui soient.
Lars Hultman, professeur de physique des couches minces, et Shun Kashiwaya, chercheur à la division de conception des matériaux de l’université de Linköping. (Olov Planthaber/ Nature Synthesis)
Les chercheurs expliquent que le goldene obtient ses nouvelles propriétés parce que, sous sa forme 2D, les atomes ont deux « liaisons libres ». Cela signifie qu’il pourrait éventuellement être utilisé comme catalyseur pour convertir le dioxyde de carbone, produire de l’hydrogène ou des produits chimiques utiles, ou encore purifier l’eau. Et bien sûr, l’électronique pourrait en bénéficier, même si cela signifie simplement qu’il faut moins d’or pour les fabriquer.
Le goldene n’a cependant pas été fabriqué aussi facilement que le graphène. Les atomes d’or ont tendance à s’agglutiner et il est donc difficile de les aplatir en feuilles 2D. Les scientifiques de Linköping ont commencé par prendre en sandwich de fines couches de silicium entre des couches de titane et de carbure, puis les ont recouvertes d’or. Lorsqu’elle est portée à haute température, la fine couche de silicium est remplacée par de l’or.
L’étape délicate consiste alors à faire sortir le goldene du sandwich. Pour ce faire, les chercheurs ont testé un produit chimique appelé réactif de Murakami, utilisé dans le cadre d’une ancienne technique de forge japonaise, qui permet d’éliminer les résidus de carbone. Utilisé à faible concentration pendant deux mois, le goldene est mis à nu. Enfin, il est stabilisé à l’aide d’un agent tensioactif.
A partir de l’étude : illustration schématique de la préparation du goldene. (S. Kashiwaya et col./ Nature Synthesis)
Au-delà du laboratoire, les implications du goldene sont vastes. L’efficacité du matériau dans les applications catalytiques signifie qu’il faut moins d’or pour les processus qui dépendent actuellement de grandes quantités de ce métal. Le goldene présente également des propriétés semi-conductrices, contrairement à sa forme brut. Il ouvre donc la voie à de nouvelles utilisations de l’or dans des technologies où les métaux traditionnels ne sont pas envisageables.
L’étude publiée dans Nature Synthesis : Synthesis of goldene comprising single-atom layer gold et annoncée sur le site de l’Université Linköping : A single atom layer of gold – LiU researchers create goldene.
