Созданы золотые «квантовые иглы» с уникальными электронными свойствами
«Перед проведением этого эксперимента мы предполагали, что в этих необычных условиях для синтеза должны появиться очень небольшие наночастицы золота. При этом мы даже не могли помыслить, что вместо сферических структур в данной среде возникнут золотые наноиглы, состоящие из «троек» атомов золота, уложенных в длинные стопки», — пояснил доцент Университета Токио (Япония) Татцуя Цукуда, чьи слова приводит пресс-служба вуза.
Физики совершили это открытие при изучении того, как происходит процесс формирования наночастиц золота в специальной среде, состоящей из органических или серосодержащих молекул, которые активно взаимодействуют с ионами благородного металла. Данная среда часто используется для роста небольших наноструктур из золота, однако как именно протекает процесс их роста, ученые в прошлом не знали.
Для получения этих сведений исследователи добавили в эту среду органические соединения серы и кремния, не мешающие взаимодействиям между ионами золота и электронами, но при этом сильно снижающие скорость взаимодействий между отдельными скоплениями атомарного золота после их формирования. Используя этот подход, химики получили нанокластеры из золота, содержащие в себе от 15 до 34 атомов благородного металла.
Изучение их структуры неожиданно показало, что в такой среде формируются не сферические, а иглообразные наночастицы золота с необычными электронными и оптическими свойствами, носящими квантовую природу. Они проявляются в том, что носители заряда в этих «наноиглах» могут занимать только конкретные энергетические уровни, что особым образом влияет на то, с какими формами электромагнитных волн взаимодействуют эти наноструктуры.
Данные квантовые свойства этих наноигл из золота можно использовать для создания новых типов солнечных батарей, а также биосенсоров, оптоэлектронных и оптических устройств, активно взаимодействующих с инфракрасным излучением в ближней части спектра. Также дальнейшее изучение процесса формирования квантовых «игл» поможет материаловедам разработать новые методы синтеза самых небольших наночастиц из золота, подытожили физики.
