Kultaa ja perovskiittiä

Stanfordin tutkijat ovat löytäneet tavan luoda ja stabiloida erittäin harvinaista kultamuotoa, joka on menettänyt kaksi negatiivisesti varautunutta elektronia, nimeltään Au2+. Materiaali, joka stabiloi tätä arvostetun alkuaineen vaikeaa versiota, on halogenidiperovskiitti – kiteisten materiaalien luokkaa, jolla on suuri lupaus erilaisiin sovelluksiin, kuten tehokkaampiin aurinkokennoihin, valonlähteisiin ja elektroniikkakomponentteihin.

Yllättäen Au2+ -perovskiitti on myös nopea ja helppo valmistaa huonelämmössä valmiista raaka- aineista.

"Oli todellinen yllätys, että pystyimme syntetisoimaan vakaan materiaalin, joka sisälsi Au2+ -ainetta – en edes uskonut sitä aluksi", ihmettelee kemian apulaisprofessori Hemamala Karunadasa.

"Tämän ensimmäisen Au2+ -perovskiitin luominen on jännittävää. Perovskiitin kulta-atomeilla on voimakkaita yhtäläisyyksiä korkean lämpötilan suprajohteiden kupariatomien kanssa ja raskaat atomit, joissa on parittomia elektroneja, kuten Au2+, osoittavat cooleja magneettisia vaikutuksia, joita ei nähdä kevyemmissä atomeissa."

"Halidiperovskiiteilla on todella houkuttelevia ominaisuuksia moniin jokapäiväisiin sovelluksiin, joten olemme pyrkineet laajentamaan tätä materiaaliperhettä", sanoi tohtoritutkija Kurt Lindquist. "Ennennäkemätön Au2+ -perovskiitti voisi avata uusia kiehtovia väyliä."

Kullan ylistetyn ulkonäön taustalla oleva perusfysiikka selittää myös sen, miksi Au2+ on niin harvinainen, Karunadasa selittää.

Perimmäinen syy on relativistiset vaikutukset, jotka alun perin oletettiin Albert Einsteinin kuuluisassa suhteellisuusteoriassa. "Einstein opetti, että kun esineet liikkuvat erittäin nopeasti ja niiden nopeus lähestyy merkittävää osaa valonnopeudesta, esineet tulevat painavimmiksi", Karunadasa jatkaa.

Kullan negatiivisesti varautuneet elektronit pyörivät ytimen ympärillä huimaa vauhtia, jolloin niistä tulee raskaita. Samalla ne ympäröivät tiukasti ydintä, heikentäen sen varausta ja sallien ulkoisten elektronien ajautua kauemmas kuin tyypillisissä metalleissa. Tämä elektronien ja niiden energiatasojen uudelleenjärjestely johtaa siihen, että kulta imee sinistä valoa ja näyttää siksi silmillemme keltaiselta.

Kullan elektronien sijoittumisesta johtuen suhteellisuusteorian ansiosta atomi esiintyy luonnostaan Au1+:na ja Au3+:na, menettäen vastaavasti yhden tai kolme elektronia ja syrjäyttäen Au2+:n.

Stanfordin tutkijat havaitsivat, että vain oikealla molekyylikonfiguraatiolla Au2+ kestää. Lindquist sanoi "kompastuneensa" uuteen Au2+:ta sisältävään perovskiittiin työskennellessään laajemmassa projektissa, joka keskittyi elektroniikkalaitteissa käytettäviin magneettisiin puolijohteisiin.

Tulevaisuudessa Karunadasa, Lindquist ja työtoverit aikovat tutkia uutta materiaalia edelleen ja muokata sen kemiaa. Toivotaan, että Au2+ -perovskiittia voidaan käyttää sovelluksissa, jotka vaativat magnetismia ja johtavuutta elektronien hyppiessä Au2+:sta Au3+:aan perovskiitissa.

"Olemme innoissamme tutkiessamme, mitä Au2+ -perovskiitilla voisi tehdä", Karunadasa hehkuttaa.

Aiheesta aiemmin:

Outo metalli on nyt vähemmän outo