Węgiel występuje w różnych odmianach alotropowych. Obok diamentu i grafitu istnieją zupełnie niedawno odkryte formy o zadziwiających właściwościach. Na przykład grafen, który jest tak cienki, że składa się zaledwie z jednej warstwy atomów, ale ma tak niezwykłe właściwości, że staje się obiecującym kandydatem do zastosowań w elektronice i inżynierii high-tech.
W grafenie każdy atom węgla jest połączony z trzema sąsiadami, tworząc sześciokąty ułożone w sieć o strukturze plastra miodu. Badania teoretyczne wykazały, że atomy węgla mogą układać się w inne płaskie wzory sieciowe, nadal wiążąc się z trzema sąsiadami, ale żadna taka struktura nie została dotychczas stworzona.