Justeringar av svavelhaltiga molekyler har gjort det möjligt för forskare att exakt kontrollera tillväxten av guld nanotrådar, som är potentiellt användbara i olika tillämpningar inklusive biosensorer och katalys.

Ligandmolekyler används för att förhindra att nanostrukturer växer sig för stora, eller bildar oönskade former. Suzhu Yu från A*STAR Singapore Institute of Manufacturing Technology och kollegor hade tidigare funnit att svavelhaltiga molekyler som kallas tioler, som binder till guld, skulle kunna användas för att odla mycket tunna guld nanotrådar. Nu har de undersökt hur exakt dessa tioler gör sitt jobb, och visat att olika typer av tioler kan finjustera formen och storleken på nanotrådarna.

Forskarna fäste guldpartiklar några nanometer breda på en oblat av kisel, och doppade sedan denna sammansättning i en lösning innehållande en guldförening, en tiolligand, och ett reduktionsmedel som genererade guldatomer. När de använde en ligand som heter 4-merkaptobensoesyra (4-MBA), nanopartiklarna grodde en skog av guld nanotrådar som var 6 nanometer tvärs över och cirka 1 mikrometer långa på 15 minuter (se bild).

Liganden binder starkt till alla exponerade delar av guld nanotråden, och interaktioner mellan ligandmolekyler håller dem tätt packade på trådens yta. Detta förhindrar att guldatomer i lösning fastnar på sidorna av tråden, så att de bara förenar den växande tråden vid förbindelsen mellan tråden och wafern. Följaktligen, guldnanotråden växer som hår som spirar ur en follikel, snarare än att bilda en sfär. "Denna aktiva yttillväxtmekanism skiljer sig fundamentalt från andra tillväxtstrategier för guldnanotråd, säger Yu.

Att ändra positionen för de kemiska grupperna i liganden hade också en dramatisk effekt på tillväxten av nanotrådar. I 4-MBA, tiolgruppen är på motsatt sida av molekylen till en karboxylsyragrupp. Om dessa grupper är sida vid sida, som i 2-MBA, karboxylsyran stör packningen av liganderna runt nanotråden, låter guldatomer smyga igenom och bilda korta, klumpiga nanostrukturer. En blandning av 4-MBA- och 3-MBA-ligander tillät vissa guldatomer att fastna på sidorna av nanostrukturen när den växte, skapa en avsmalnande nanotråd. En annan ligand, 2-naftalentiol, gjorde guldnanotråden extremt vattenavvisande – en potentiellt användbar egenskap i funktionella ytor.

Teamet hoppas kunna använda detta tillvägagångssätt för att göra andra guld nanostrukturer, och utforska hur de kan användas som högeffektiva elektroder i flexibla sensorer, eller som katalysatorer för att förvandla koldioxid till användbara produkter.