Ytan på metaller spelar en nyckelroll inom många tekniskt relevanta områden, såsom katalys, sensorteknik och batteriforskning. Till exempel, den storskaliga produktionen av många kemiska föreningar sker på metallytor, vars atomstruktur avgör om och hur molekyler reagerar med varandra. På samma gång, ytstrukturen hos en metall påverkar dess elektroniska egenskaper. Detta är särskilt viktigt för effektiviteten hos elektroniska komponenter i batterier. Forskare världen över arbetar därför intensivt med att utveckla nya typer av metoder för att skräddarsy strukturen på metallytor på atomnivå.

Ett team av forskare vid universitetet i Münster, bestående av fysiker och kemister och leds av Dr. Saeed Amirjalayer, har nu utvecklat ett molekylärt verktyg som gör det möjligt, på atomnivå, att ändra strukturen på en metallyta. Med hjälp av datorsimuleringar, det var möjligt att förutsäga att omstruktureringen av ytan av enskilda molekyler – så kallade N-heterocykliska karbener – sker på samma sätt som ett blixtlås. Under processen, minst två karbenmolekyler samarbetar för att omordna ytstrukturen atom för atom. Forskarna kunde experimentellt bekräfta, som en del av studien, denna mekanism av "dragkedja" där karbenmolekylerna arbetar tillsammans på guldytan för att sammanfoga två rader av guldatomer till en rad. Resultaten av arbetet har publicerats i tidskriften Angewandte Chemie International Edition .

I tidigare studier hade forskarna från Münster visat den höga stabiliteten och rörligheten hos karbenmolekyler vid guldytan. Dock, ingen specifik förändring av ytstrukturen inducerad av molekylerna kunde tidigare påvisas. I deras senaste studie, forskarna bevisade för första gången att strukturen på en guldyta modifieras mycket exakt som ett resultat av samarbetet mellan karbenmolekylerna. "Karbenmolekylerna beter sig som en molekylsvärm - med andra ord, de arbetar tillsammans som en grupp för att förändra ytans långväga struktur, " Saeed Amirjalayer förklarar. "Baserat på "dragkedja"-principen, ytatomerna omarrangeras systematiskt, och, efter denna process, molekylerna kan avlägsnas från ytan."

Den nya metoden gör det möjligt att utveckla nya material med specifika kemiska och fysikaliska egenskaper – helt utan makroskopiska verktyg. "I industriella tillämpningar, ofta makroskopiska verktyg, sådana pressar eller rullar, används, " Amirjalayer fortsätter. "Inom biologi, dessa uppgifter utförs av vissa molekyler. Vårt arbete visar en lovande klass av syntetiserade molekyler som använder ett liknande tillvägagångssätt för att modifiera ytan." Teamet av forskare hoppas att deras metod kommer att användas i framtiden för att exempelvis utveckla nya typer av elektroder eller för att optimera kemiska reaktioner på ytor.