Dünnste Goldschicht hergestellt

Glänzend, wertvoll, korrosionsbeständig: Dank seiner besonderen Eigenschaften hat Gold schon immer viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Auch als Werkstoff ist es beliebt – etwa für Beschichtungen. Nun stellte ein Forschungsteam erstmals Schichten her, die nur ein Goldatom dünn und damit die dünnsten jemals hergestellten Goldschichten sind. Wie das Team in der Fachzeitschrift „Nature Synthesis“ berichtet, wird das ansonsten elektrisch leitfähige Gold dabei zu einem Halbleiter.

Hauchdünne Materialien zeigen oft verblüffende Eigenschaften, die sich von denen dreidimensionaler Körper desselben Stoffs unterscheiden. Das wohl berühmteste Beispiel ist Graphen, eine ebenfalls ein Atom dünne Schicht aus dem Element Kohlenstoff, das ausgesprochen elektrisch leitfähig und stabil ist. Auch aus den Elementen Bor, Gallium oder Silizium ließen sich schon solch flache Materialien mit den Namen Borophen, Gallenen und Silicen herstellen. Um eine ebensolche, weniger als einen Millionstel Millimeter dünne Schicht aus Gold herzustellen, musste das Team um Shun Kashiwaya aus der Abteilung für Materialdesign an der Universität Linköping einen komplizierten Syntheseweg einschlagen.

„Golden“ – in einem aufwendigen Prozess freigesetztes Material

Herstellung von Golden im Labor

Als Ausgangspunkt wählte das Team Titansiliziumcarbid, ein elektrisch leitfähiges Keramikmaterial. Darauf deponierte es eine dickere Goldschicht. Aufgeheizt auf 670 Grad Celsius gingen nun zwölf Stunden lang Goldatome in die Keramik über und ersetzten nach und nach das enthaltene Silizium: Es entstand Titangoldcarbid.

Anschließend galt es, die eingelagerte Goldschicht freizulegen. Dazu nutzten die Forschenden eine Flüssigkeit, die langsam die abdeckende Carbidschicht wegätzte und die hauchdünnen, zweidimensionalen Goldlagen ablöste. Erfolgreich lief dieser Prozess allerdings nur in völliger Dunkelheit ab – denn unter Einfall von Licht reagierte das Gold direkt mit der ätzenden Flüssigkeit. Zum Abschluss ließen sich die abgelösten Goldlagen in einer Art Seifenflüssigkeit stabilisieren. So verhinderten Kashiwaya und sein Team, dass sich die dünnen Goldschichten wieder zu dickeren Materialproben zusammenballten.

Die so erhaltenen, nur ein Atom dünnen Schichten benannte das Team Golden – ganz nach dem Vorbild Graphen. Erste Messungen an Golden zeigten, dass die dünne Goldschicht halbleitend ist – im Unterschied zu massivem Gold, einem sehr guten elektrischen Leiter. Zudem ist Golden ausgesprochen reaktionsfreudig. Daher können sich die Forschenden viele Anwendungen vorstellen: etwa als Katalysator, um Wasserstoff zu produzieren, Kohlendioxid zu binden oder Wasser zu reinigen. Zudem plant die Gruppe um Kashiwaya, analog zu Golden auch atomar dünne Schichten weiterer Edelmetalle herzustellen.