Une équipe internationale de physiciens a découvert un nouvel allotrope du carbone, le phagraphène (qui signifie penta-hexa-hepta-graphène). Il est constitué d’anneaux de carbone penta-, hexa- et heptagonaux et constitue un analogue “en patchwork” du graphène.
Structure du phagraphène. Crédit image : Zhenhai Wang et al.
Les matériaux bidimensionnels attirent l’attention des scientifiques depuis de nombreuses années. Le premier de ces matériaux, le graphène, a été découvert en 2004 par Andre Geim et Konstantin Novoselov de l’Université de Manchester, qui ont reçu pour cela le prix Nobel de physique en 2010.
Le graphène est un matériau constitué d’une seule couche d’atomes de carbone disposés selon un réseau hexagonal. Étant un million de fois plus fin qu’un cheveu humain, il s’agit de l’objet le plus fin jamais créé. Non seulement le graphène est léger et flexible, mais il est également le matériau le plus résistant au monde. Il conduit également l’électricité plus rapidement que la plupart des autres matériaux et, empilé en couches, il forme du graphite.
Dans le graphène, chaque atome de carbone possède trois électrons qui sont liés aux électrons des atomes voisins, formant ainsi des liaisons chimiques. Le quatrième électron est “délocalisé” dans toute la feuille de graphène, ce qui lui permet de conduire le courant électrique.
Dans le même temps, la zone interdite du graphène a une largeur nulle. Si l’on représente graphiquement l’énergie des électrons et leur emplacement, on obtient une figure ressemblant à un sablier – deux cônes reliés par des sommets. On les appelle les cônes de Dirac.
En raison de cette condition unique, les électrons du graphène ont un comportement très étrange : ils ont tous une seule et même vitesse (comparable à celle de la lumière) et ne possèdent aucune inertie. Ils semblent n’avoir aucune masse. La vitesse des électrons dans le graphène est d’environ 10 000 km par seconde.
Le phagraphène, tout comme le graphène, est un matériau où apparaissent des cônes de Dirac et où les électrons se comportent comme des particules sans masse.
“Dans le phagraphène, en raison du nombre différent d’atomes dans les anneaux, les cônes de Dirac sont inclinés”, a expliqué le Dr Artyom Oganov du MIPT, auteur principal d’un article publié dans le journal. Nano Letters.
” C’est pourquoi la vitesse des électrons qui s’y trouvent dépend de la direction. Ce n’est pas le cas dans le graphène. Il serait très intéressant pour une future utilisation pratique de voir où il sera utile de faire varier la vitesse des électrons.”
“Le phagraphène possède toutes les autres propriétés du graphène qui lui permettent d’être considéré comme un matériau avancé pour les dispositifs électroniques flexibles, les transistors, les batteries solaires, les unités d’affichage et bien d’autres choses.”
