Kol finns i olika former. Förutom diamant och grafit, det finns nyligen upptäckta former med häpnadsväckande egenskaper. Till exempel grafen, med en tjocklek av bara ett atomlager, är det tunnaste kända materialet, och dess ovanliga egenskaper gör den till en extremt spännande kandidat för tillämpningar som framtida elektronik och högteknologisk ingenjörskonst. I grafen, varje kolatom är kopplad till tre grannar, bildar hexagoner arrangerade i ett bikakenät. Teoretiska studier har visat att kolatomer också kan ordnas i andra platta nätverksmönster, samtidigt som de fortfarande binder till tre grannar, men inget av dessa förutspådda nätverk hade realiserats förrän nu.

Forskare vid universitetet i Marburg i Tyskland och Aalto-universitetet i Finland har nu upptäckt ett nytt kolnät, som är atomärt tunn som grafen, men består av kvadrater, hexagoner, och oktagoner som bildar ett ordnat gitter. De bekräftade nätverkets unika struktur med hjälp av högupplöst scanningsprobmikroskopi och fann intressant nog att dess elektroniska egenskaper skiljer sig mycket från grafenens.

I motsats till grafen och andra former av kol, det nya Biphenylene-nätverket – som det nya materialet heter – har metalliska egenskaper. Smala ränder i nätverket, bara 21 atomer breda, beter sig redan som en metall, medan grafen är en halvledare i denna storlek. "Dessa ränder kan användas som ledande ledningar i framtida kolbaserade elektroniska enheter." sa professor Michael Gottfried, vid universitetet i Marburg, som leder teamet som utvecklade idén. Huvudförfattaren till studien, Qitang Fan från Marburg, fortsätter, "Detta nya kolnätverk kan också fungera som ett överlägset anodmaterial i litiumjonbatterier, med en större litiumlagringskapacitet jämfört med de nuvarande grafenbaserade materialen."

Teamet vid Aalto-universitetet hjälpte till att avbilda materialet och dechiffrera dess egenskaper. Professor Peter Liljeroths grupp genomförde den högupplösta mikroskopin som visade materialets struktur, medan forskare ledda av professor Adam Foster använde datorsimuleringar och analys för att förstå materialets spännande elektriska egenskaper.

Det nya materialet tillverkas genom att kolhaltiga molekyler monteras på en extremt slät guldyta. Dessa molekyler bildar först kedjor som består av sammanlänkade hexagoner, och en efterföljande reaktion kopplar samman dessa kedjor för att bilda kvadraterna och oktagonerna. En viktig egenskap hos kedjorna är att de är kirala, vilket betyder att de finns i två speglingstyper, som vänster och höger händer. Endast kedjor av samma typ samlas på guldytan, bildar välordnade sammansättningar, innan de ansluter. Detta är avgörande för bildandet av det nya kolmaterialet, eftersom reaktionen mellan två olika typer av kedjor endast leder till grafen. "Den nya idén är att använda molekylära prekursorer som är anpassade för att ge bifenylen istället för grafen, " förklarar Linghao Yan, som utförde de högupplösta mikroskopiexperimenten vid Aalto-universitetet.

Tills vidare, teamen arbetar för att producera större ark av materialet, så att dess tillämpningspotential kan utforskas ytterligare. Dock, "Vi är övertygade om att denna nya syntesmetod kommer att leda till upptäckten av andra nya kolnätverk." sa professor Liljeroth.

Studien publiceras i Vetenskap .