(Phys.org) -- Efter att ha utforskat i 25 år, forskare har löst frågan om hur den ikoniska familjen av kolkolmolekyler som kallas buckyballs bildas.

Resultaten från Florida State University och National Science Foundation-stödda National High Magnetic Field Laboratory, eller MagLab, i Tallahassee, Fla., kasta grundläggande ljus över självmontering av kolnätverk. Fynden bör ha viktiga implikationer för kolnanoteknik och ge insikt om ursprunget till rymdfullerener, som finns i hela universum.

Många känner till buckyball, även känd av forskare som buckminsterfulleren, kol 60 eller C ₆₀ , från omslagen till deras läroböcker i kemi. Verkligen, molekylen representerar den ikoniska bilden av "kemi." Men hur dessa ofta mycket symmetriska, vackra molekyler med fascinerande egenskaper bildas i första hand har varit ett mysterium i ett kvartssekel. Trots världsomspännande undersökningar sedan 1985 upptäckten av C ₆₀ , buckminsterfulleren och andra, icke-sfäriska C60-molekyler - kända kollektivt som fullerener - har behållit sina hemligheter. Hur? De föds under mycket energiska förhållanden och växer ultrasnabbt, gör dem svåra att analysera.

"Svårigheten med fullerenbildning är att processen bokstavligen är över i ett ögonblick - det är nästan omöjligt att se hur det magiska tricket med deras tillväxt utfördes, sade Paul Dunk, en doktorand i kemi och biokemi vid Florida State och huvudförfattare till arbetet.

I studien, publicerad i den peer-reviewade tidskriften Naturkommunikation , forskarna beskriver sitt geniala tillvägagångssätt för att testa hur fullerener växer.

"Vi började med en pasta av redan existerande fullerenmolekyler blandade med kol och helium, sköt den med laser, och istället för att förstöra fullerenerna blev vi förvånade över att de faktiskt hade vuxit, " skrev de. Fullerenerna kunde absorbera och införliva kol från den omgivande gasen.

Genom att använda fullerener som innehöll tungmetallatomer i sina centra, forskarna visade att kolburarna förblev stängda under hela processen.

"Om burarna växte genom att de spricker upp, vi skulle ha förlorat metallatomerna, men de stannade alltid inlåsta, ”Noterade Dunk.

Forskarna arbetade med ett team av MagLab-kemister som använde labbets 9,4-tesla Fourier-transformjoncyklotronresonansmasspektrometer för att analysera de dussintals molekylära arter som producerades när de sköt fullerenpastan med lasern. Instrumentet fungerar genom att separera molekyler efter deras massor, så att forskarna kan identifiera typerna och antalet atomer i varje molekyl. Processen används för så olika tillämpningar som att identifiera oljeutsläpp, biomarkörer och proteinstrukturer.

Forskningsresultaten för buckyball kommer att vara viktiga för att förstå fullerenbildning i utomjordiska miljöer. Nya rapporter från NASA visade att kristaller av C ₆₀ befinner sig i en bana runt avlägsna soler. Detta tyder på att fullerener kan vara vanligare i universum än man tidigare trott.

"Resultaten av vår studie kommer säkerligen att vara extremt värdefulla för att dechiffrera fullerenbildning i utomjordiska miljöer, sade Harry Kroto från Florida State, en nobelpristagare för upptäckten av C ₆₀ och medförfattare till den aktuella studien.

Resultaten ger också grundläggande insikt i självmontering av andra tekniskt viktiga kolnanomaterial som nanorör och kolfamiljens nya underslag, grafen.