Le carbone est l'un des éléments les plus polyvalents :il constitue la base d'un nombre énorme de composés chimiques, il a plusieurs allotropes de dimensionnalité différente, et il présente de nombreuses géométries de liaison différentes. Pour cette raison, Les matériaux carbonés occupent depuis longtemps une place particulière dans la recherche sur les matériaux. Bien que les formes tridimensionnelles du carbone - le diamant et le graphite - soient connues depuis l'Antiquité, il a fallu attendre 1985 avant que le premier allotrope de carbone de faible dimension, le fullerène de dimension quasi nulle, a été découvert. Peu de temps après, en 1991, les nanotubes de carbone unidimensionnels ont été portés à la connaissance de la communauté scientifique, et en 2004 l'allotrope bidimensionnel du carbone, graphène, est devenu une réalité expérimentale. Différentes combinaisons d'allotropes de carbone tels que des nanotubes de carbone remplis de fullerènes (cabopodes de carbone) et du graphite intercalé par des fullerènes ont déjà été réalisées.

Dans l'article publié dans Avancées scientifiques , les scientifiques de l'Université de Vienne font la démonstration d'un système de carbone hybride, appelé sandwich au buckyball, dans lequel une seule couche de fullerènes est encapsulée entre deux feuilles de graphène (Illustration 1). L'analyse de la structure par microscopie électronique à transmission à balayage à résolution atomique a permis de mieux comprendre la dynamique des molécules. Aux bords des couches de fullerène, les scientifiques ont pu observer la diffusion de fullerènes individuels dans la poche du sandwich au graphène (Illustration 2) :en raison du mouvement des fullerènes, ils ne sont que partiellement visibles dans l'image (enregistrés ligne par ligne, de sorte que les fullerènes mobiles n'apparaissent que sur certaines lignes). De plus, les fullerènes se sont avérés tourner à l'intérieur du sandwich, mais cette rotation a été bloquée lorsque les fullerènes ont fusionné en des objets plus gros en raison d'une irradiation électronique prolongée.

Avec le système fullerène-graphene, les scientifiques ont créé un nouveau matériau qui comble une lacune dans les combinaisons disponibles d'hétérostructures hybrides de carbone. Le sandwich au graphène fournit une chambre de réaction à l'échelle nanométrique et une interface propre au vide du microscope, qui permet l'observation de la dynamique moléculaire au microscope électronique à transmission. Par conséquent, les chercheurs s'attendent à ce que ce travail ouvre également de nombreuses nouvelles voies pour étudier la structure et la dynamique de molécules encapsulées de manière similaire dans l'espace 2D entre les feuilles de graphène.