Un groupe de scientifiques de Russie, les États-Unis et la Chine ont prédit l'existence d'un nouveau matériau de carbone bidimensionnel via une simulation générée par ordinateur, un analogue "patchwork" du graphène appelé phagraphène. Les résultats de leur enquête ont été récemment publiés dans la revue Lettres nano .

"Contrairement au graphène, une structure hexagonale en nid d'abeille avec des atomes de carbone à ses jonctions, le phagraphene se compose de penta-, anneaux de carbone hexa- et heptagonaux. Son nom vient d'une contraction de Penta-Hexa-heptA-graphène, " dit Oganov, directeur du laboratoire MIPT de conception informatique.

Matériaux bidimensionnels, composé d'une couche d'un atome d'épaisseur, ont attiré l'attention des scientifiques au cours des dernières décennies. Le premier de ces matériaux, graphène, a été découvert en 2004 par deux diplômés du MIPT, André Geim et Konstantin Novoselov. En 2010, Geim et Novoselov ont reçu le prix Nobel de physique pour cette réalisation.

En raison de sa structure bidimensionnelle, le graphène a des propriétés absolument uniques. La plupart des matériaux peuvent transmettre un courant électrique lorsque les électrons non liés ont une énergie qui correspond à la bande de conduction du matériau. Lorsqu'il y a un écart entre la gamme d'énergies électroniques possibles, la bande de valence, et la gamme de conductivité (la zone dite interdite), le matériau agit comme un isolant. Lorsque la bande de valence et la bande de conduction se chevauchent, il agit comme chef d'orchestre, et les électrons peuvent se déplacer sous l'influence du champ électrique.

Dans le graphène, chaque atome de carbone a trois électrons liés aux électrons des atomes voisins, former des liaisons chimiques. Le quatrième électron de chaque atome est "délocalisé" sur toute la feuille de graphène, ce qui lui permet de conduire le courant électrique. À la fois, la zone interdite dans le graphène a une largeur nulle. Si vous tracez l'énergie des électrons et leur emplacement sous forme de graphique, vous obtenez une silhouette ressemblant à un sablier, c'est-à-dire deux cônes reliés par des sommets. Ce sont les cônes de Dirac.

En raison de cette condition unique, les électrons du graphène se comportent très étrangement :tous ont une seule et même vitesse (qui est comparable à la vitesse de la lumière), et ils ne possèdent aucune inertie. Ils semblent n'avoir aucune masse. Et, selon la théorie de la relativité, les particules se déplaçant à la vitesse de la lumière doivent se comporter de cette manière. La vitesse des électrons dans le graphène est d'environ 10 000 kilomètres par seconde (les vitesses des électrons dans un conducteur typique varient de quelques centimètres à plusieurs centaines de mètres par seconde).

Phagraphène, découvert par Oganov et ses collègues grâce à l'utilisation de l'algorithme USPEX, ainsi que le graphène, est un matériau dans lequel apparaissent des cônes de Dirac, et les électrons se comportent de la même manière que les particules sans masse.

"Dans le phagraphène, en raison du nombre différent d'atomes dans les anneaux, les cônes de Dirac sont « inclinés ». C'est pourquoi la vitesse des électrons qu'il contient dépend de la direction. Ce n'est pas le cas dans le graphène. Il serait très intéressant pour une utilisation pratique future de voir où il sera utile de faire varier la vitesse des électrons, ", explique Artyom Oganov.

Le phagraphène possède toutes les autres propriétés du graphène qui lui permettent d'être considéré comme un matériau avancé pour les appareils électroniques flexibles, transistor, piles solaires, unités d'affichage et bien d'autres choses.