En teoretisk, tredimensionell (3D) form av kol som är metalliskt under omgivande temperatur och tryck har upptäckts av ett internationellt forskarlag.

Resultaten, som avsevärt kan främja kolvetenskapen, publiceras online denna vecka i den tidiga upplagan av Proceedings of the National Academy of Sciences .

Kolvetenskap är ett område för intensiv forskning. Kol utgör inte bara den kemiska grunden för livet, men den har rik kemi och fysik, vilket gör det till ett mål av intresse för materialforskare. Från grafit till diamant till Buckminster fullerener, nanorör och grafen, kol kan visas i en rad olika strukturer.

Men sökandet efter en stabil tredimensionell form av kol som är metallisk under omgivande förhållanden, inklusive temperatur och tryck, har förblivit en pågående utmaning för forskare inom området.

Forskare från Peking University, Virginia Commonwealth University och Shanghai Institute of Technical Physics använde state-of-the-art teoretiska metoder för att visa att det är möjligt att manipulera kol för att bilda en tredimensionell metallfas med sammankopplade hexagoner.

"Förbindningen av sexkanter ger två unika egenskaper - sexkantigt arrangemang introducerar metallisk karaktär, och den sammankopplade formen med tetraedrisk bindning garanterar stabilitet, " sa den ledande utredaren Puru Jena, Ph.D., framstående professor i fysik vid VCU College of Humanities and Sciences.

Den rätta kombinationen av dessa egenskaper skulle en dag kunna tillämpas på en mängd olika tekniker.

"Till skillnad från högtryckstekniker som kräver tre terapascal tryck för att göra kol metalliskt, de studerade strukturerna är stabila vid omgivningsförhållanden och kan syntetiseras med hjälp av bensen- eller polyacenesmolekyler, " sa den ledande utredaren Qian Wang, Ph.D., som har en professorstjänst vid Peking University och en adjungerad fakultetstjänst vid VCU.

"De nya metalliska kolstrukturerna kan ha viktiga tillämpningar i lättviktsmetaller för rymdtillämpningar, katalys och i enheter som visar negativt differentiellt motstånd eller supraledning, " sa Wang.

Enligt Jena, teamet är fortfarande tidigt i sin upptäcktsprocess, men hoppas att dessa fynd kan flytta arbetet från teori till experimentfasen.

Studien heter, "Tredimensionell metallisk kol:stabila faser med sammankopplade sexkanter."