(Phys.org) -- Après avoir exploré pendant 25 ans, les scientifiques ont résolu la question de savoir comment se forme la famille emblématique de molécules de carbone en cage connues sous le nom de buckyballs.

Les résultats de la Florida State University et du National High Magnetic Field Laboratory soutenu par la National Science Foundation, ou MagLab, à Tallahassee, Floride., apporter un éclairage fondamental sur l'auto-assemblage des réseaux de carbone. Les résultats devraient avoir des implications importantes pour la nanotechnologie du carbone et donner un aperçu de l'origine des fullerènes spatiaux, qui se trouvent dans tout l'univers.

Beaucoup de gens connaissent le buckyball, également connu par les scientifiques sous le nom de buckminsterfullerene, carbone 60 ou C 60 , des couvertures de leurs manuels scolaires de chimie. En effet, la molécule représente l'image emblématique de la "chimie". de belles molécules aux propriétés fascinantes se forment en premier lieu est un mystère depuis un quart de siècle. Malgré une enquête mondiale depuis la découverte de 1985 de C 60 , buckminsterfullerene et autres, les molécules C60 non sphériques - connues collectivement sous le nom de fullerènes - ont gardé leurs secrets. Comment? Ils naissent dans des conditions très énergétiques et grandissent ultra-rapidement, les rendant difficiles à analyser.

"La difficulté avec la formation de fullerène est que le processus est littéralement terminé en un éclair - il est presque impossible de voir comment le tour de magie de leur croissance a été effectué, " a déclaré Paul Dunk, doctorant en chimie et biochimie à l'État de Floride et auteur principal de l'ouvrage.

Dans l'étude, publié dans la revue à comité de lecture Communication Nature , les scientifiques décrivent leur approche ingénieuse pour tester la croissance des fullerènes.

« Nous avons commencé avec une pâte de molécules de fullerène préexistantes mélangées à du carbone et de l'hélium, tiré avec un laser, et au lieu de détruire les fullerènes, nous avons été surpris de découvrir qu'ils avaient réellement grandi, " ont-ils écrit. Les fullerènes étaient capables d'absorber et d'incorporer le carbone du gaz environnant.

En utilisant des fullerènes qui contenaient des atomes de métaux lourds en leur centre, les scientifiques ont montré que les cages de carbone restaient fermées tout au long du processus.

« Si les cages grandissaient en s'ouvrant, nous aurions perdu les atomes de métal, mais ils sont toujours restés enfermés à l'intérieur, » a noté Dunk.

Les chercheurs ont travaillé avec une équipe de chimistes de MagLab en utilisant le spectromètre de masse à résonance cyclotron ionique à transformation de Fourier de 9,4 teslas du laboratoire pour analyser les dizaines d'espèces moléculaires produites lorsqu'ils ont tiré sur la pâte de fullerène avec le laser. L'instrument fonctionne en séparant les molécules selon leurs masses, permettant aux chercheurs d'identifier les types et le nombre d'atomes dans chaque molécule. Le procédé est utilisé pour des applications aussi diverses que l'identification de marées noires, biomarqueurs et structures protéiques.

Les résultats de la recherche sur le buckyball seront importants pour comprendre la formation du fullerène dans les environnements extraterrestres. Des rapports récents de la NASA ont montré que les cristaux de C 60 sont en orbite autour de soleils lointains. Cela suggère que les fullerènes peuvent être plus courants dans l'univers qu'on ne le pensait auparavant.

« Les résultats de notre étude seront sûrement extrêmement précieux pour déchiffrer la formation de fullerène dans les environnements extraterrestres, " a déclaré Harry Kroto de l'État de Floride, un prix Nobel pour la découverte de C 60 et co-auteur de la présente étude.

Les résultats fournissent également un aperçu fondamental de l'auto-assemblage d'autres nanomatériaux de carbone technologiquement importants tels que les nanotubes et le nouveau prodige de la famille du carbone, graphène.