Met behulp van een elektrisch veld wisten onderzoekers goud bij een kleine 20 graden Celsius te smelten in plaats van bij de gebruikelijke 1060 graden.

IJs plus warmte is water, water plus warmte is waterdamp. Vrij simpel eigenlijk, bij overgangen tussen vaste stoffen, vloeibare stoffen en gassen is de regel doorgaans; hoe hoger de temperatuur, hoe chaotischer de ordening van de atomen en hoe ‘vloeibaarder’ de stof.

Temperatuur is niet het enige dat bij dit proces een rol speelt, ook druk is een belangrijke factor. En, blijkt nu, ook elektriciteit kan invloed hebben op de toestand van een stof, schreven natuurkundigen aan de TU Chalmers in Zweden onlangs in vakblad Physical Review Materials. Door een stukje goud aan een elektrisch veld bloot te stellen, wisten de onderzoekers het edelmetaal te ‘smelten’ bij kamertemperatuur.

Lees ook: Goud: waar vind je het en hoe win je het?

Aangeslagen door het elektrisch veld verliezen de goudmoleculen hun binding met de rest en smelt het edelmetaal bij kamertemperatuur. (c) Alexander Ericson

Elektrisch veld

In vaste toestand liggen de atomen (of moleculen) waaruit een stof is opgebouwd doorgaans dicht op en enigszins geordend bij elkaar. Bij een vloeistof, en helemaal bij een gas, is de afstand tussen de deeltjes veel groter en bewegen ze. Bij een vloeibare stof een beetje, maar bij een gas schieten ze alle kanten op.

Nieuwsgierig of ook elektriciteit invloed zou kunnen hebben op deze faseovergang, plaatsten de onderzoekers een klein stukje goud onder een elektronenmicroscoop onderhevig aan een elektrisch veld. Beetje bij beetje verhoogden ze de kracht van dit veld, en keken hoe de goudatomen daarop reageerden.

Energieboost

Het elektrisch veld bleek de bovenste laag atomen een behoorlijke energy boost te geven. Zodanig dat deze ‘bouwsteentjes’ losraakten van de rest. In deze aangeslagen, energierijkere toestand gebeurt in essentie hetzelfde als wanneer een stof opwarmt. Onder invloed van het elektrisch veld nam de kracht van de bindingen tussen de atomen af en verloren ze hun ordelijke structuur.

Op deze manier ‘smolten’ de onderzoekers het bovenste laagje goud – en dat bij kamertemperatuur. Een flinke prestatie, want normaal wil het edelmetaal pas vloeibaar worden bij temperaturen vanaf zo’n 1064 graden Celsius. Andersom werkte het ook: door het elektrisch veld uit te zetten, konden de onderzoekers het proces terugdraaien, en ‘stolde’ het materiaal weer.

Topologie

Over de exacte werking zijn de onderzoekers het nog niet eens. Ze vermoeden dat het te maken heeft met zogenaamde ‘laag-dimensionale faseovergang’ (Engels: low-dimensional phase transition), een fenomeen uit de topologie waarbij men zich bezighoudt met eigenschappen van ruimte die bewaard blijven bij continue vervorming.

Of er echt sprake is van dit fenomeen pogen de onderzoekers nu te achterhalen. Hoe dan ook is de ontdekking volgens het team een bijzondere die, door de atomen aan de oppervlak te beïnvloeden, toegepast zou kunnen worden bij de ontwikkeling van bijvoorbeeld sensoren, katalysatoren en transistors.

Bronnen: Physical Review Materials, Chalmers University of Technology, New Atlas

Beeld: Alexander Ericson/Chalmers University of Technology

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Bestel dan hier ons nieuwste nummer. Abonnee worden? Dat kan hier!