Koolstof is een van de meest veelzijdige elementen:het vormt de basis voor een enorm aantal chemische verbindingen, het heeft verschillende allotropen van verschillende dimensionaliteit, en het vertoont veel verschillende bindingsgeometrieën. Om deze reden, koolstofmaterialen hebben al heel lang een speciale plaats in het materiaalonderzoek. Hoewel de driedimensionale vormen van koolstof – diamant en grafiet – al sinds de oudheid bekend zijn, het duurde tot 1985 voordat de eerste laagdimensionale koolstofallotroop, het quasi-nul-dimensionale fullereen, was ontdekt. Kort daarna, in 1991, de eendimensionale koolstofnanobuisjes werden onder de aandacht van de wetenschappelijke gemeenschap gebracht, en in 2004 de tweedimensionale koolstofallotroop, grafeen, experimentele werkelijkheid geworden. Er zijn al verschillende combinaties van koolstofallotropen gemaakt, zoals met fullereen gevulde koolstofnanobuisjes (carbon peapods) en grafiet geïntercaleerd door fullerenen.

In het artikel gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang , de wetenschappers van de Universiteit van Wenen demonstreren een hybride koolstofsysteem, buckyballsandwich genoemd, waarin een enkele laag fullerenen is ingekapseld tussen twee grafeenvellen (afbeelding 1). De analyse van de structuur via atomair opgeloste scanning transmissie-elektronenmicroscopie gaf inzicht in de dynamiek van de moleculen. Aan de randen van de fullereenlagen, de wetenschappers konden de diffusie van individuele fullerenen in de zak van de grafeensandwich waarnemen (afbeelding 2):vanwege de beweging van de fullerenen, ze zijn slechts gedeeltelijk zichtbaar in het beeld (regel voor regel opgenomen, zodat mobiele fullerenen alleen op sommige lijnen verschijnen). Bovendien, fullerenen bleken in de sandwich te roteren, maar deze rotatie werd geblokkeerd toen de fullerenen samensmolten tot grotere objecten als gevolg van langdurige elektronenbestraling.

Met het fullereen-grafeen systeem, de wetenschappers hebben een nieuw materiaal gecreëerd dat een leemte opvult in de beschikbare combinaties van hybride koolstofheterostructuren. De grafeensandwich biedt een reactiekamer op nanoschaal en een schone interface naar het microscoopvacuüm, waarmee de moleculaire dynamica in de transmissie-elektronenmicroscoop kan worden waargenomen. Daarom verwachten de onderzoekers dat dit werk ook veel nieuwe wegen opent voor het bestuderen van de structuur en dynamiek van moleculen die op dezelfde manier zijn ingekapseld in de 2D-ruimte tussen grafeenplaten.