Золото является одним из основных материалов современных технологий благодаря своим исключительным характеристикам. Однако ученые нашли способ улучшить этот металл, в частности, существенно увеличить его способность взаимодействовать со светом.
Исследователи из Университета Умео в Швеции проводили эксперименты с нанопористым золотом — метаматериалом, который был создан в лабораторных условиях. Благодаря своей губчатой структуре этот материал обладает уникальными свойствами, недоступными обычному твердому золоту. Ученые обнаружили, что тонкая пленка нанопористого золота взаимодействует со светом кардинально иначе, чем сплошной металл.
При облучении «золотой губки» сверхкороткими лазерными импульсами физики выяснили, что пористая структура позволяет материалу поглощать больше световой энергии в более широком спектре. Как результат, электроны становятся значительно более активными. Электронная температура в нанопористой пленке достигала около 3200 кельвинов (примерно 2900°C), в то время как в обычной золотой пленке при тех же условиях составляла лишь 800 кельвинов (около 500°C). Кроме того, «горячим» электронам необходимо больше времени, чтобы охладиться и вернуться в исходное состояние.
«Подобные высокие электронные температуры делают возможными световые переходы, которые в других условиях были бы практически невозможны», — утверждает Николо Маккаферри, руководитель группы по сверхбыстрой нанонауке и старший автор исследования. Он подчеркивает, что с помощью электронной микроскопии и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии было доказано, что эти уникальные свойства определяются исключительно физической формой материала, а не изменениями в электронной структуре самого золота.
Практическое значение этого открытия огромно. «Нанопористая структура золота может повысить эффективность химических реакций, таких как производство водорода или улавливание углерода», — подчеркивает соавтор исследования Тлек Тапани.
Эксперименты демонстрируют, что нанопористую структуру можно использовать в качестве нового параметра при проектировании материалов для современных технологий. Изменяя соотношение золота и воздуха в «губке», физики могут контролируемо настраивать электронное поведение не только золота, но и других металлов.
«Наше исследование показывает, что манипулируя архитектурой материала на наноуровне, мы можем использовать саму структуру в качестве конструктивного параметра, — отмечает Маккаферри. — Эти результаты потенциально могут быть применены к любому материалу, что открывает новые возможности для катализа, сбора энергии, медицины и квантовых батарей.»
Фото: hi-tech.mail.ru