En grupp forskare från Ryssland, USA och Kina har förutspått existensen av ett nytt tvådimensionellt kolmaterial via datorgenererad simulering, en "lapptäcks"-analog av grafen som kallas phagraphene. Resultaten av deras undersökning publicerades nyligen i tidskriften Nanobokstäver .

"Till skillnad från grafen, en hexagonal bikakestruktur med kolatomer vid sina förbindelser, fagrafen består av penta-, hexa- och heptagonala kolringar. Dess namn kommer från en sammandragning av Penta-Hexa-heptA-grafen, säger Oganov, chef för MIPT Laboratory of Computer Design.

Tvådimensionella material, består av ett enatoms tjockt lager, har väckt stor uppmärksamhet från forskare under de senaste decennierna. Det första av dessa material, grafen, upptäcktes 2004 av två MIPT-utexaminerade, Andre Geim och Konstantin Novoselov. 2010, Geim och Novoselov tilldelades Nobelpriset i fysik för den prestationen.

På grund av sin tvådimensionella struktur, grafen har helt unika egenskaper. De flesta material kan överföra elektrisk ström när obundna elektroner har en energi som motsvarar materialets ledningsband. När det finns ett gap mellan intervallet av möjliga elektronenergier, valensbandet, och området för konduktivitet (den så kallade förbjudna zonen), materialet fungerar som en isolator. När valensbandet och ledningsbandet överlappar varandra, den fungerar som en ledare, och elektroner kan röra sig under påverkan av elektriska fält.

I grafen, varje kolatom har tre elektroner som är bundna till elektroner i angränsande atomer, bildar kemiska bindningar. Den fjärde elektronen i varje atom är "delokaliserad" genom hela grafenarket, vilket gör att den kan leda elektrisk ström. På samma gång, den förbjudna zonen i grafen har noll bredd. Om du plottar elektronenergin och deras placering i grafform, du får en figur som liknar ett timglas, dvs två koner sammankopplade med hörn. Dessa är kända som Dirac-kottar.

På grund av detta unika tillstånd, elektroner i grafen beter sig väldigt konstigt:alla har en och samma hastighet (vilket är jämförbart med ljusets hastighet), och de har ingen tröghet. De verkar inte ha någon massa. Och, enligt relativitetsteorin, partiklar som rör sig med ljusets hastighet måste bete sig på detta sätt. Elektronernas hastighet i grafen är cirka 10 tusen kilometer i sekunden (elektronhastigheterna i en typisk ledare varierar från centimeter upp till hundratals meter per sekund).

Phagraphene, upptäckt av Oganov och hans kollegor med hjälp av USPEX-algoritmen, samt grafen, är ett material i vilket Dirac-kottar förekommer, och elektroner beter sig på samma sätt som partiklar utan massa.

"I fagrafen, på grund av olika antal atomer i ringarna, Dirac-kottarna är "böjda". Det är därför elektronernas hastighet i den beror på riktningen. Så är inte fallet i grafen. Det skulle vara mycket intressant för framtida praktisk användning att se var det kommer att vara användbart att variera elektronhastigheten, " förklarar Artyom Oganov.

Phagraphene har alla andra egenskaper hos grafen som gör att det kan betraktas som ett avancerat material för flexibla elektroniska enheter, transistorer, solbatterier, displayenheter och många andra saker.