Un gruppo di scienziati dalla Russia, gli Stati Uniti e la Cina hanno previsto l'esistenza di un nuovo materiale di carbonio bidimensionale tramite simulazione generata al computer, un analogo "patchwork" del grafene chiamato fagrafene. I risultati della loro indagine sono stati recentemente pubblicati sulla rivista Nano lettere .

"A differenza del grafene, una struttura esagonale a nido d'ape con atomi di carbonio alle sue giunzioni, il fagrafene è costituito da penta-, anelli di carbonio esa- ed ettagonali. Il suo nome deriva da una contrazione di Penta-Hexa-heptA-grafene, "dice Oganov, responsabile del Laboratorio di Computer Design del MIPT.

Materiali bidimensionali, composto da uno strato dello spessore di un atomo, hanno attirato grande attenzione da parte degli scienziati negli ultimi decenni. Il primo di questi materiali, grafene, è stata scoperta nel 2004 da due laureati del MIPT, André Geim e Konstantin Novoselov. Nel 2010, Geim e Novoselov ricevettero il premio Nobel per la fisica per questo risultato.

Grazie alla sua struttura bidimensionale, il grafene ha proprietà assolutamente uniche. La maggior parte dei materiali può trasmettere corrente elettrica quando gli elettroni non legati hanno un'energia che corrisponde alla banda di conduzione del materiale. Quando c'è un divario tra la gamma di possibili energie degli elettroni, la banda di valenza, e il range di conducibilità (la cosiddetta zona proibita), il materiale funge da isolante. Quando la banda di valenza e la banda di conduzione si sovrappongono, fa da conduttore, e gli elettroni possono muoversi sotto l'influenza del campo elettrico.

Nel grafene, ogni atomo di carbonio ha tre elettroni che sono legati agli elettroni degli atomi vicini, formazione di legami chimici. Il quarto elettrone di ogni atomo è "delocalizzato" in tutto il foglio di grafene, che gli permette di condurre corrente elettrica. Allo stesso tempo, la zona proibita nel grafene ha larghezza zero. Se tracci l'energia degli elettroni e la loro posizione sotto forma di grafico, ottieni una figura simile a una clessidra, cioè due coni collegati da vertici. Questi sono conosciuti come coni di Dirac.

A causa di questa condizione unica, gli elettroni nel grafene si comportano in modo molto strano:tutti hanno la stessa velocità (che è paragonabile alla velocità della luce), e non possiedono inerzia. Sembrano non avere massa. E, secondo la teoria della relatività, le particelle che viaggiano alla velocità della luce devono comportarsi in questo modo. La velocità degli elettroni nel grafene è di circa 10mila chilometri al secondo (le velocità degli elettroni in un tipico conduttore variano da centimetri fino a centinaia di metri al secondo).

Phagrafene, scoperto da Oganov e dai suoi colleghi attraverso l'uso dell'algoritmo USPEX, così come il grafene, è un materiale in cui compaiono i coni di Dirac, e gli elettroni si comportano in modo simile alle particelle senza massa.

"Nel fagrafene, a causa del diverso numero di atomi negli anelli, i coni di Dirac sono 'inclinati'. Ecco perché la velocità degli elettroni al suo interno dipende dalla direzione. Questo non è il caso del grafene. Sarebbe molto interessante per un uso pratico futuro vedere dove sarà utile variare la velocità degli elettroni, " spiega Artyom Oganov.

Il Phagraphene possiede tutte le altre proprietà del grafene che gli consentono di essere considerato un materiale avanzato per dispositivi elettronici flessibili, transistor, batterie solari, unità di visualizzazione e molte altre cose.