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Un pavage pentagonal peut être constitué de pentagones réguliers ou non. L'un des plus célèbres, présenté ici, s'appelle le pavage du Caire. Il fait partie des quatorze types de pavages pentagonaux isoédraux, c'est-à-dire employant un seul type de tuile, connus à ce jour. © Creative Commons wikipedia
Le carbone, le phosphore, le soufre et l'oxygène sont des corps simples mais leurs atomesatomes peuvent s'assembler en formant des réseaux cristallins ou des structures moléculaires avec des propriétés physiquesphysiques et chimiques différentes : on parle d'allotropieallotropie. Ainsi, le dioxygène et l'ozoneozone sont des formes allotropes de l'oxygène, la première moléculemolécule étant chimiquement moins réactive que la seconde.
L'exemple le plus connu et le plus spectaculaire d'allotropie est probablement celui du carbone dans le graphitegraphite et dans le diamant. Un groupe de chercheurs japonais, chinois et de la Virginia Commonwealth University (VCU) aux États-Unis pensent avoir découvert une nouvelle forme allotrope du carbone très prometteuse comme ils l'expliquent dans un article publié dans la revue Pnas. Toutefois, les propriétés physiques et chimiques de ce nouvel allotrope sont pour le moment totalement théoriques puisqu'elles sont de simples prédictions issues de la modélisationmodélisation numériquenumérique.
Une vue d'artiste montrant la structure 2D en nid d'abeilles d'un feuillet de graphène. Le graphite de nos crayons est un empilement de telles structures. Il s'agit d'un exemple de pavage régulier d'hexagones. © Jannik Meyer
Le pentagraphène, un semi-conducteur naturel
Les chercheurs ont baptisé leur découverte du nom de pentagraphène en référence à la forme allotrope du graphène. Comme son nom l'indique, il s'agit d'un feuillet 2D d'atomes de carbone formant un pavage à base de pentagones et non d'hexagones comme dans le matériaumatériau miracle découvert en 2004 par les prix Nobel de physique Andre Geim et Konstantin Novoselov. Techniquement, il s'agit d'une sorte d'avataravatar de ce qu'on appelle le pavage du Caire. Ce pavage en pentagones irréguliers apparaît en effet fréquemment dans les rues du Caire, en Égypte et dans l'art musulman.
Les calculs indiquent que le pentagraphène pourrait être plus performant que le graphènegraphène dans certains cas car ses propriétés de résistancerésistance mécanique et thermique seraient supérieures. Il pourrait par exemple supporter une température de 1.000 kelvinskelvins. Ses avantages concerneraient aussi le domaine de l'électronique. Le graphène est un très bon conducteur mais on cherche à fabriquer avec lui des semi-conducteurssemi-conducteurs pour dépasser les composants à base de silicium. Le pentagraphène serait naturellement un semi-conducteur et il le resterait quand on roule un de ses feuillets pour en faire un nanotube de carbonenanotube de carbone. Dans le cas du graphène, les nanotubes obtenus sont soit des conducteurs métalliques soit des semi-conducteurs.
Il reste encore à trouver le moyen de synthétiser le pentagraphène afin de vérifier s'il peut effectivement engendrer une petite révolution dans les domaines de la nanotechnologie, l'électronique ou la biomédécine, comme l'espèrent les chercheurs.
