Инновационное золото: как изменение наноструктуры дарит металлу новые свойства

Золото — один из ключевых материалов современных технологий благодаря своим уникальным свойствам. Но ученые нашли способ сделать этот металл еще лучше, в частности, радикально повысить его способность взаимодействовать со светом.

Светлана ЛевченкоАвтор новостей

Специалисты из Университета Умео (Швеция) проводили эксперименты с нанопористым золотом — так называемым метаматериалом, созданным в лаборатории. Благодаря губчатой структуре этот материал обладает свойствами, которых нет у обычного твердого золота. Ученые обнаружили, что тонкая пленка нанопористого золота взаимодействует со светом совершенно иначе, чем сплошной металл.

Облучая «золотую губку» сверхкороткими лазерными импульсами, физики установили, что пористая структура позволяет материалу поглощать больше световой энергии в более широком диапазоне спектра. В результате электроны становятся значительно более энергичными. Электронная температура в нанопористой пленке достигала примерно 3200 кельвинов (около 2900°C), тогда как в обычной золотой пленке при тех же условиях — лишь 800 кельвинов (около 500°C). Кроме того, «горячим» электронам требуется больше времени, чтобы остыть и вернуться в исходное состояние.

«Такие повышенные электронные температуры делают возможными световые переходы, которые в иных условиях были бы практически невозможны», — говорит Николо Маккаферри, руководитель группы сверхбыстрой нанонауки и старший автор статьи. Он подчеркивает, что с помощью электронной микроскопии и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии удалось подтвердить: эти уникальные свойства определяются исключительно физической формой материала, а не изменениями в электронной структуре самого золота.

Практическое значение открытия очень велико. «Нанопористая структура золота может позволить повысить эффективность химических реакций, например тех, что используются для производства водорода или улавливания углерода», — отмечает соавтор исследования Тлек Тапани.

Эксперименты показывают, что нанопористую структуру можно использовать как новый параметр при проектировании материалов для передовых технологий. Систематически изменяя долю золота и воздуха в «губке», физики могут контролируемо настраивать электронное поведение не только золота, но и других металлов.

«Наше исследование демонстрирует, что, манипулируя архитектурой материала на наноуровне, мы можем использовать саму структуру как конструкторский параметр, — говорит Маккаферри. — Эти результаты в принципе можно обобщить на любой материал, что открывает перспективы для катализа, сбора энергии, медицины и квантовых батарей».

Ранее золотой катализатор побил десятилетний рекорд зеленой химии.

• Химия

Поделиться