Seit der Entdeckung von Graphen finden Fachleute immer neue Materialien, die aus genau einer Schicht von Atomen bestehen. Solche als zweidimensional bezeichneten Stoffe haben oft ungewöhnliche Eigenschaften, die man in klassischen Materialien aus in allen drei Raumrichtungen angeordneten Atomen nicht findet. Nun allerdings kommt eine ganz besondere Wunderfolie hinzu: zweidimensionales Gold, hergestellt mit Hilfe einer Technik aus der japanischen Schmiedekunst. Eine Arbeitsgruppe um Lars Hultman und Shun Kashiwaya von der Universität Linköping in Schweden entwickelte eine Methode in drei Schritten, die verhindert, dass die Schicht aus Goldatomen Klumpen bildet. Wie die Arbeitsgruppe jetzt in der Fachzeitschrift »Nature Synthesis« berichtet, ist das entstehende Material, analog zum Graphen »Golden« genannt, ein Halbleiter. Außerdem ist die Folie chemisch sogar reaktionsfreudiger als Nanopartikel, was sie für schwer umzusetzende chemische Reaktionen interessant macht.

Gold selbst steht schon seit geraumer Zeit im Zentrum der chemischen Forschung. Nanoteilchen aus dem Material wechselwirken mit Licht auf ungewöhnliche Weise und machen außerdem chemische Reaktionen möglich, die anders nicht oder nur schlecht umzusetzen sind. Doch eine einzelne Atomlage aus Gold herzustellen, analog zu den vielen anderen in den letzten Jahren entdeckten zweidimensionalen Materialien, erwies sich bisher als unmöglich. Eine so dünne Goldschicht neigt nämlich dazu, Klumpen zu bilden, statt wie erwünscht eine glatte Schicht. Deswegen mussten Hultman und Kashiwaya einen Umweg gehen. Zuerst erzeugten die Fachleute eine Lage aus Goldatomen, indem sie sie in eine Keramik einbetteten.

Tatsächlich ging dieser Schritt aus einer zufälligen Entdeckung hervor, berichten die Fachleute laut einer Pressemitteilung der Universität. Eigentlich wollten sie den Stoff Titansiliziumkarbid lediglich mit Gold beschichten. Doch sie stellten fest, dass das Gold stattdessen in das Material eindrang – und das in Schichten angeordnete Silizium daraus verdrängte. Diese in Keramik eingebetteten Goldschichten mussten sie dann freilegen – doch das umgebende Titancarbid ist einer der härtesten Stoffe überhaupt. Wieder durch Zufall stieß Hultman dann auf eine Technik, mit der japanische Schmiede die Oberfläche von Stahl behandeln, um kohlenstoffhaltige Rückstände zu beseitigen. Die dabei verwendete Lösung aus Kaliumferricyanid und Kaliumhydroxid, Murakami-Reagenz genannt, wird auch in der Industrie genutzt, um Carbide aufzulösen.

Allerdings musste die Arbeitsgruppe das Verfahren anpassen. Einerseits muss die Reaktion im Dunkeln stattfinden, denn durch Licht bildet sich in der Lösung Zyanid – und das löst Gold auf. Andererseits sind die herausgelösten zweidimensionalen Goldschichten instabil. Durch die Neigung der Goldatome zum Verklumpen rollen sich auch die dünnen Folien auf oder bilden Runzeln. Um das zu verhindern, setzte das Team der Lösung ein seifenartiges Molekül zu, das sich an die Goldfolie anlagert, sobald sie aus dem Carbid freigesetzt wird. Diese Schicht aus stabilisierenden Molekülen schließlich hält das begehrte Golden in der gewünschten Form.

In seiner zweidimensionalen Form hat Gold zwei ungesättigte Bindungen – der Grund, weshalb es leicht verklumpt –, so dass es viele verschiedene Stoffe binden und miteinander zur Reaktion bringen kann. Daneben könnten die besonderen elektronischen Eigenschaften der Folie für Solarzellen oder dergleichen interessant sein. Vor allem aber sieht die Arbeitsgruppe die Chance, mit Hilfe der Technik bei bereits lange etablierten Anwendungen mit weit weniger Gold auszukommen als bisher –schließlich ist das Metall nicht eben billig.