Visst – det går att smälta guld i rumstemperatur
När spänningen stiger kan oförutsedda saker hända. Det gäller även guldatomer. För första gången har forskare från bland annat Chalmers lyckats få ytan på ett guldföremål att smälta i rumstemperatur.
Det var när chalmersforskaren Ludvig de Knoop hade placerat en minimal guldkon i ett elektronmikroskop som det hände. Han hade ställt in maximal förstoring och dragit på ett extremt kraftigt elektriskt fält. Tanken var att han skulle studera hur guldatomerna påverkades av spänningen.
Det var inte förrän i efterhand, när han studerade filmen från mikroskopet, som han såg att de översta lagren av guldatomer smälte, i rumstemperatur.
– Jag blev verkligen överraskad av upptäckten. Det här är ett extraordinärt fenomen som ger oss nya grundläggande kunskaper om guld, säger Ludvig de Knoop som arbetar på institutionen för fysik på Chalmers.
Exalterade guldatomer
Det som hänt var att guldatomerna hade blivit exalterade. När de påverkades av det elektriska fältet lämnade de plötsligt sin ordnade struktur och släppte nästan alla kopplingar till varandra. Dessutom visade de fortsatta experimenten att det gick att växla mellan ordnad och smält struktur.
Vad är elektronmikroskopi?
Elektronmikroskopi är ett samlingsnamn för olika typer av mikroskopi där man använder elektroner i stället för elektromagnetisk strålning för att få fram bilder av mycket små objekt. Med hjälp av denna teknik kan man komma förbi det synliga ljusets upplösningsgräns, vilket gör det möjligt att studera enskilda atomer.
Att guldatomer släpper loss på det sättet är inte bara spektakulärt, utan också banbrytande vetenskapligt. Resultaten har publicerats i tidskriften Physical Review Materials och tillsammans med teoretikern Mikael Juhani Kuisma har Ludvig de Knoop och de andra kollegorna brutit ny mark inom materialvetenskapen.
Tack vare teoretiska beräkningar har forskarna kunnat förstå hur guld verkligen kan smälta i rumstemperatur. Möjligen kan ytsmältningen ses som en så kallad lågdimensionell fasövergång. I så fall ligger upptäckten inom ramen för forskningsområdet topologi, där pionjärerna David Thouless, Duncan Haldane och Michael Kosterlitz fick ta emot Nobelpriset i fysik 2016. Forskarna, med Mikael Juhani Kuisma i spetsen, tittar nu vidare på den möjligheten.
Nya koncept för kontaktlösa komponenter
Hur som helst öppnar den kontrollerbara switchningen för olika praktiska tillämpningar i framtiden.
– Eftersom vi kan styra och byta egenskaper för de yttersta atomlagren öppnas dörrar för olika typer av applikationer. Till exempel kan tekniken användas i sensorer, katalysatorer och transistorer. Den erbjuder också möjligheter för nya koncept för kontaktlösa komponenter, säger Eva Olsson, professor på institutionen för fysik på Chalmers.
För den som vill smälta guld utan elektronmikroskop är det dock fortfarande guldsmeden som gäller.
Studien:
Electric-field-controlled reversible order-disorder switching of a metal tip surface, Physical Review Materials. Ludvig de Knoop, Mikael Juhani Kuisma, Joakim Löfgren, Kristof Lodewijks, Mattias Thuvander, Paul Erhart, Alexandre Dmitriev och Eva Olsson.
Kontakt:
Ludvig de Knoop, Doktor, institutionen för fysik
Chalmers, ludvig.deknoop@chalmers.se
Eva Olsson, Professor, institutionen för fysik
Chalmers, eva.olsson@chalmers.se
