Le carbone existe sous diverses formes. En plus du diamant et du graphite, il existe des formes récemment découvertes aux propriétés étonnantes. Par exemple le graphène, avec une épaisseur d'une seule couche atomique, est le matériau connu le plus fin, et ses propriétés inhabituelles en font un candidat extrêmement intéressant pour des applications telles que l'électronique du futur et l'ingénierie de haute technologie. Dans le graphène, chaque atome de carbone est lié à trois voisins, formant des hexagones disposés en réseau en nid d'abeille. Des études théoriques ont montré que les atomes de carbone peuvent également s'organiser dans d'autres réseaux plats, tout en restant lié à trois voisins, mais aucun de ces réseaux prédits n'avait été réalisé jusqu'à présent.

Des chercheurs de l'Université de Marburg en Allemagne et de l'Université Aalto en Finlande ont maintenant découvert un nouveau réseau de carbone, qui est atomiquement mince comme le graphène, mais est fait de carrés, hexagones, et des octogones formant un réseau ordonné. Ils ont confirmé la structure unique du réseau en utilisant la microscopie à sonde à balayage haute résolution et ont découvert de manière intéressante que ses propriétés électroniques sont très différentes de celles du graphène.

Contrairement au graphène et à d'autres formes de carbone, le nouveau réseau Biphénylène - comme le nouveau matériau est nommé - a des propriétés métalliques. Bandes étroites du réseau, seulement 21 atomes de large, se comportent déjà comme un métal, tandis que le graphène est un semi-conducteur à cette taille. "Ces bandes pourraient être utilisées comme fils conducteurs dans les futurs appareils électroniques à base de carbone." dit le professeur Michael Gottfried, à l'Université de Marbourg, qui dirige l'équipe qui a développé l'idée. L'auteur principal de l'étude, Fan Qitang de Marbourg, continue, "Ce nouveau réseau de carbone peut également servir de matériau d'anode supérieur dans les batteries lithium-ion, avec une plus grande capacité de stockage de lithium par rapport à celle des matériaux actuels à base de graphène."

L'équipe de l'Université Aalto a aidé à imager le matériau et à déchiffrer ses propriétés. Le groupe du professeur Peter Liljeroth a réalisé la microscopie à haute résolution qui a montré la structure du matériau, tandis que les chercheurs dirigés par le professeur Adam Foster ont utilisé des simulations et des analyses informatiques pour comprendre les propriétés électriques passionnantes du matériau.

Le nouveau matériau est fabriqué en assemblant des molécules contenant du carbone sur une surface d'or extrêmement lisse. Ces molécules forment d'abord des chaînes constituées d'hexagones liés, et une réaction ultérieure relie ces chaînes ensemble pour former les carrés et les octogones. Une caractéristique importante des chaînes est qu'elles sont chirales, ce qui signifie qu'ils existent en deux types de miroir, comme les mains gauche et droite. Seules les chaînes du même type s'agrègent à la surface de l'or, former des assemblages bien ordonnés, avant qu'ils ne se connectent. Ceci est critique pour la formation du nouveau matériau carboné, car la réaction entre deux types de chaînes différents ne conduit qu'au graphène. "La nouvelle idée est d'utiliser des précurseurs moléculaires qui sont modifiés pour produire du biphénylène au lieu du graphène, " explique Linghao Yan, qui a réalisé les expériences de microscopie à haute résolution à l'Université Aalto.

Pour l'instant, les équipes travaillent pour produire des feuilles plus grandes du matériel, afin que son potentiel d'application puisse être exploré plus avant. Cependant, "Nous sommes convaincus que cette nouvelle méthode de synthèse conduira à la découverte d'autres nouveaux réseaux de carbone." dit le professeur Liljeroth.

L'étude est publiée dans Science .