Monde de la physique : la couche d’or la plus fine produite

Brillant, précieux, résistant à la corrosion : grâce à ses propriétés particulières, l’or a toujours attiré beaucoup d’attention. Il est également apprécié comme matériau, par exemple pour les revêtements. Aujourd’hui, pour la première fois, une équipe de recherche a produit des couches d’un seul atome d’or d’épaisseur, ce qui en fait les couches d’or les plus fines jamais produites. Comme le rapporte l’équipe dans la revue « Nature Synthesis », l’or, autrement électriquement conducteur, devient un semi-conducteur.

Les matériaux ultra-minces présentent souvent des propriétés étonnantes qui diffèrent de celles des corps tridimensionnels du même matériau. L’exemple le plus célèbre est le graphène, une couche constituée de l’élément carbone, qui est également mince d’un atome et est extrêmement conductrice d’électricité et stable. De tels matériaux plats, appelés borophène, gallène et silicène, pourraient également être produits à partir des éléments bore, gallium ou silicium. Afin de produire une telle couche d’or, d’une épaisseur inférieure à un millionième de millimètre, l’équipe dirigée par Shun Kashiwaya du Département de conception des matériaux de l’Université de Linköping a dû emprunter une voie de synthèse complexe.

« Golden » – matériau libéré selon un processus complexe

Comme point de départ, l’équipe a choisi le carbure de silicium-titane, un matériau céramique conducteur de l’électricité. Il a déposé une couche d’or plus épaisse sur le dessus. Chauffés à 670 degrés Celsius pendant douze heures, des atomes d’or sont passés dans la céramique et ont progressivement remplacé le silicium qu’elle contenait : du carbure d’or et de titane était créé.

L’étape suivante consistait à découvrir la couche d’or incrustée. Pour ce faire, les chercheurs ont utilisé un liquide qui a lentement gravé la couche de carbure qui la recouvrait et a éliminé les couches d’or bidimensionnelles très fines. Cependant, ce processus ne s’est déroulé avec succès que dans l’obscurité totale, car lorsqu’il était exposé à la lumière, l’or réagissait directement avec le liquide corrosif. Enfin, les couches d’or détachées ont été stabilisées dans une sorte de liquide savonneux. De cette manière, Kashiwaya et son équipe ont empêché les fines couches d’or de s’agglomérer à nouveau en échantillons de matériaux plus épais.

L’équipe a nommé les couches résultantes, qui n’ont qu’un atome d’épaisseur, Golden – sur la base du modèle graphène. Les premières mesures sur l’or ont montré que la fine couche d’or est semi-conductrice, contrairement à l’or massif, qui est un très bon conducteur électrique. Golden est également extrêmement réactif. Les chercheurs peuvent donc imaginer de nombreuses applications : par exemple comme catalyseur pour produire de l’hydrogène, lier le dioxyde de carbone ou purifier l’eau. Le groupe de Kashiwaya prévoit également de produire des couches atomiquement minces d’autres métaux précieux, similaires à l’or.