Il carbonio esiste in varie forme. Oltre al diamante e alla grafite, ci sono forme recentemente scoperte con proprietà sorprendenti. Ad esempio grafene, con uno spessore di un solo strato atomico, è il materiale più sottile conosciuto, e le sue proprietà insolite lo rendono un candidato estremamente interessante per applicazioni come l'elettronica del futuro e l'ingegneria high-tech. Nel grafene, ogni atomo di carbonio è legato a tre vicini, formando esagoni disposti in una rete a nido d'ape. Studi teorici hanno dimostrato che gli atomi di carbonio possono anche disporre in altri modelli di reti piatte, pur essendo ancora vincolante a tre vicini, ma nessuna di queste reti previste era stata realizzata fino ad ora.

I ricercatori dell'Università di Marburgo in Germania e dell'Università di Aalto in Finlandia hanno scoperto una nuova rete di carbonio, che è atomicamente sottile come il grafene, ma è fatto di quadrati, esagoni, e ottagoni che formano un reticolo ordinato. Hanno confermato la struttura unica della rete utilizzando la microscopia a scansione di sonda ad alta risoluzione e hanno scoperto in modo interessante che le sue proprietà elettroniche sono molto diverse da quelle del grafene.

A differenza del grafene e di altre forme di carbonio, la nuova rete di bifenilene, come viene chiamato il nuovo materiale, ha proprietà metalliche. Strisce strette della rete, solo 21 atomi di larghezza, comportati già come un metallo, mentre il grafene è un semiconduttore di queste dimensioni. "Queste strisce potrebbero essere utilizzate come fili conduttori in futuri dispositivi elettronici a base di carbonio". ha detto il professor Michael Gottfried, presso l'Università di Marburgo, che guida il team che ha sviluppato l'idea. L'autore principale dello studio, Qitang Fan di Marburgo, continua, "Questa nuova rete di carbonio può anche fungere da materiale anodico superiore nelle batterie agli ioni di litio, con una capacità di stoccaggio del litio maggiore rispetto a quella degli attuali materiali a base di grafene."

Il team della Aalto University ha aiutato a immaginare il materiale e a decifrarne le proprietà. Il gruppo del professor Peter Liljeroth ha effettuato la microscopia ad alta risoluzione che ha mostrato la struttura del materiale, mentre i ricercatori guidati dal professor Adam Foster hanno utilizzato simulazioni e analisi al computer per comprendere le eccitanti proprietà elettriche del materiale.

Il nuovo materiale è realizzato assemblando molecole contenenti carbonio su una superficie dorata estremamente liscia. Queste molecole prima formano catene che consistono in esagoni collegati, e una successiva reazione collega insieme queste catene per formare i quadrati e gli ottagoni. Una caratteristica importante delle catene è che sono chirali, il che significa che esistono in due tipi di mirroring, come le mani sinistra e destra. Solo catene dello stesso tipo si aggregano sulla superficie dell'oro, formare assemblee ben ordinate, prima che si connettano. Questo è fondamentale per la formazione del nuovo materiale di carbonio, perché la reazione tra due diversi tipi di catene porta solo al grafene. "La nuova idea è quella di utilizzare precursori molecolari ottimizzati per produrre bifenilene invece del grafene, " spiega Linghao Yan, che ha condotto gli esperimenti di microscopia ad alta risoluzione presso l'Università di Aalto.

Per adesso, le squadre lavorano per produrre fogli più grandi del materiale, in modo che il suo potenziale applicativo possa essere ulteriormente esplorato. Però, "Siamo fiduciosi che questo nuovo metodo di sintesi porterà alla scoperta di altre nuove reti di carbonio". disse il professor Liljeroth.

Lo studio è pubblicato su Scienza .