原子1個分の厚みの金シート / Credit:Shun Kashiwaya（Linköping University）et al., Nature Synthesis（2024）

金に銀や銅を混ぜて薄く引き伸ばした「金箔」は、仏像・工芸品の装飾として、また料理に振りかけるなどして用いられています。

この金箔は想像以上に薄く、その厚さは0.0001mmです。ただ、それでもこれは金原子500個分の厚さがあります。

しかしこの度、スウェーデンのリンショーピング大学（Linköping University）に所属する柏屋駿氏ら研究チームが、原子1個分の厚さしかない極限まで薄い金シートを作り、単離することに世界で初めて成功しました。

いわば「究極の金箔」とも言えるこの極薄の物質には、大きな可能性が秘められています。

研究の詳細は、2024年4月16日付の学術誌『Nature Synthesis』に掲載されました。

目次

原子1個分の厚さしかないシート状の物質偶然発見された原子1個分の厚さの金シート「ゴールディン」100年前の日本の鍛造技術を応用して「究極の金箔」の単離に成功

原子1個分の厚さしかないシート状の物質

原子1個分の厚さしかないシート状の物質として有名なのは、炭素原子のシートである「グラフェン（graphene）」でしょう。

私たちの身の回りに存在する一般的な物質は、無数の原子が積み重なってできています。

グラフェンの分子構造モデル / Credit:Wikipedia Commons_グラフェン

一方で、このグラフェンは、その原子の積み重ねが無く、原子1個分の厚みしかありません。

当然、グラフェンの厚さは1nmと極めて薄く、また透明です。

そしてグラフェンの特徴は、単に薄いだけではありません。

なんとダイヤモンドに匹敵する強度を持ち、電気の伝導率は銅の10倍とトップクラスなのです。

グラフェンのような原子1個分の厚さしかないシート状の物質は、「2次元物質」とも呼ばれており、上述の通り、よく見られる物質と同じ化学組成であっても、その性質は大きく異なります。

そのため、有用な性質を持つ物質を求め、様々な2次元物質の作成が試みられてきました。

実際これまでに、ケイ素の2次元物質「シリセン（Silicene）」、スズの2次元物質「スタネン（Stanene）」などが生成され、科学者たちの注目を集めてきました。

金箔の写真。この金箔よりもさらに薄い金シートとは!? / Credit:Canva

そして今回、柏屋氏ら研究チームが作成に成功したのが、金の原子1個分の厚さしかない2次元物質「Goldene」です。

このGoldeneは、今のところ、日本語で「ゴールデン」「ゴールディン」などと呼ばれています。

（本記事では、「ゴールディン」という呼び方で統一します）

では、このゴールディンはどのようにして作られたのでしょうか。

偶然発見された原子1個分の厚さの金シート「ゴールディン」

科学者たちは長年、原子1個分の厚さの金のシートの作成を試みてきました。

しかし金の2次元物質を作り出すのは簡単ではありません。

仮に作り出せたとしても、金の2次元物質は非常に不安定であり、丸まって塊になろうとする傾向があるため、これまで成功していませんでした。

柏屋氏ら研究チームは、当初、ゴールディンの作成とは別の実験を行っていた。 / Credit:Shun Kashiwaya（Linköping University）_A single atom layer of gold – LiU researchers create goldene（2024）

ところが今回、柏屋氏ら研究チームは、別の実験を行っていた際に、偶然、金の原子1個分のシートである「ゴールディン」の作成方法を発見しました。

当初彼らは、「Ti 3 SiC 2」というチタンとケイ素の炭化物の電気伝導性の調査を行う予定でした。

そのために、電気を通すための材料として金を用い、「Ti 3 SiC 2」に高温でコーティングしました。

偶然、ケイ素の層が金の層に置き換わるのを発見 / Credit:Shun Kashiwaya（Linköping University）et al., Nature Synthesis（2024）

実験は思うように進みませんでしたが、研究チームは、この実験中に材料が上図のように、ケイ素の原子1個分の層が金の原子1個分の層に置き換わっているのを発見しました。

この現象は、「インターカレーション」と呼ばれており、分子または分子の集団の隙間に他の元素が侵入する反応として知られています。

なんと、このインターカレーションによって、「Ti 3 SiC 2」は「Ti 3 AuC 2」に変化したのです。

この偶然の発見を経て、研究チームは、「Ti 3 AuC 2」から金の原子1個分の層を取り出したいと考えました。