Molte sostanze con proprietà chimiche e fisiche diverse, dai diamanti alla grafite, sono costituiti da atomi di carbonio. Le forme amorfe di carbonio solido non hanno una struttura cristallina fissa e sono costituite da unità strutturali:particelle di grafene di dimensioni nanometriche. Un team di fisici della RUDN University ha studiato la struttura del carbonio amorfo e ha suggerito di classificarlo come un tipo separato di corpi solidi amorfi:un amorfo molecolare con frammentazione forzata. I risultati dello studio sono stati pubblicati nel fullereni, Nanotubi e nanostrutture di carbonio rivista.

Il carbonio solido ha molte modifiche allotropiche. Significa che sostanze con proprietà chimiche e fisiche diverse possono essere costruite da uno e gli stessi atomi disposti in strutture diverse. La varietà degli allotropi del carbonio è dovuta alle proprietà speciali dei suoi atomi, vale a dire la loro capacità unica di formare singoli, Doppio, e legami a tripla valenza. Se, a causa di determinate condizioni di reazione, si formano solo singoli legami (cioè i cosiddetti sp ³ - avviene l'ibridazione), il carbonio solido ha la forma di una griglia tridimensionale di tetraedri, cioè un diamante. Se le condizioni sono favorevoli alla formazione di doppi legami (sp ² -ibridazione), il carbonio solido ha la forma di grafite, una struttura di strati piatti costituiti da celle esagonali simili a pettini. I singoli strati di questo corpo solido sono chiamati grafene. Questi due tipi di strutture di carbonio solido si osservano sia nei cristalli ordinati che nei corpi amorfi non ordinati. Il carbonio solido è ampiamente diffuso in natura sia sotto forma di depositi di rocce cristalline (grafite o diamante) sia in forma amorfa (carbone bruno e nero, shungite, antraxolite, e altri minerali).

A differenza della sua forma cristallina, il carbonio amorfo naturale appartiene alla sp ² genere. Un importante studio della struttura e della composizione elementare di sp ² carbonio amorfo è stato condotto su iniziativa e con la partecipazione di un team di fisici dell'Università RUDN. Nel corso dello studio, il team ha anche effettuato misurazioni spettrali utilizzando la spettroscopia fotoelettronica, diffusione anelastica di neutroni, assorbimento infrarosso, e dispersione Raman. Sulla base dei risultati dello studio, il team ha concluso che sp ² il carbonio amorfo è una struttura frattale basata su domini di grafene di dimensioni nanometriche circondati da atomi di altri elementi (idrogeno, ossigeno, azoto, zolfo, e così via). Con questa ipotesi, il team ha virtualmente riscritto la storia del carbonio amorfo che è noto all'umanità sin dal primo incendio artificiale.

"La scoperta e la conferma sperimentale della natura del grafene dell'"oro nero" cambierà completamente la teoria, modellazione, e interpretazione di esperimenti con questa classe di sostanze. Però, alcune domande rimangono senza risposta. Cosa ne pensa la fisica dello stato solido di questo stato amorfo del carbonio solido? Che ruolo ha il carbonio amorfo con sp ² -gioco di ibridazione nel quadro più ampio? Abbiamo cercato di trovare le nostre risposte, " disse Elena Sheka, un dottorato di ricerca in Fisica e Matematica, e Consulente Professore presso la Facoltà di Fisica e Matematica e Scienze Naturali, Università RUDN.

Il team ha trascorso due anni a studiare a fondo la natura del carbonio amorfo. Altri risultati di questo ambizioso progetto sono stati pubblicati su fullereni, Nanotubi e nanostrutture di carbonio , Journal of Physical Chemistry C , e Diario di solidi non cristallini, Nanomateriali . Insieme, questi lavori confermano una svolta raggiunta dai fisici dell'Università RUDN in questo complesso campo della fisica.

"Abbiamo analizzato molti studi sulla sp . amorfa ² carbonio dal punto di vista della nostra comprensione generale dei corpi solidi amorfi. Sulla base della nostra ricerca, possiamo confermare che appartiene ad un nuovo tipo di sostanze amorfe, " ha aggiunto Elena Sheka della RUDN University.