ヘリウム二量体
2つのヘリウム原子は、C70フラーレンやC84フラーレン等の大きなフラーレン分子の内部に入ることができ、これらは核磁気共鳴や質量分析によって検出できる。C84は20%、C78は10%、C76は8%のヘリウムを含むことができ、大きな空洞を持つほど多くの原子を取り込めると考えられている。小さな空洞の中で2つのヘリウム原子が接近しても、その間に化学結合は形成されない。C60フラーレンの中に2つのヘリウム原子を閉じ込めた場合のみ、フラーレンの反応性に若干の影響を及ぼすことが予測されている。この効果により、包接されたヘリウム原子から電子が引き抜かれ、小さな正の部分電荷を与えてHe2とする。その効果は、電子を内包ヘリウム原子から引き抜き、それらにわずかに正の部分電荷を与えて、非荷電ヘリウム原子よりも強い結合を有するHe2を生成することである。これは非電荷のヘリウム原子よりも強い結合を持つ。しかし、ペル=オロフ・レフディン(英語版)の定義では、ここには結合が存在していることになる。
C60フラーレン内の2つのヘリウム原子は1.979 A、ヘリウム原子からフラーレンまでは2.507 A離れている。電荷移動遷移によって、各々のヘリウム原子に0.11電気素量の電荷が与えられる。He-He対には、少なくとも10振動準位があるはずである。
通常のヘリウム原子では、2つの電子は1s軌道に収まっているが、十分なエネルギーが供給されると、1つの電子が高エネルギー準位に上がる。この高エネルギー電子が価電子、1s軌道に残った電子が内殻電子となる。2つの励起したヘリウム原子が反応し共有結合を形成したものをジヘリウムと呼び、数μ秒から数秒の間存在する。2S状態の励起したヘリウム原子は、最大1時間程度存在でき、アルカリ金属のように反応する。
ジヘリウムの存在の最初の手がかりは、1900年にW. Heuseがヘリウム放電のスペクトルを観察して得られたが、このスペクトルについては情報が公開されなかった。1913年には、ドイツのE. GoldsteinとロンドンのW. E. Curtisが独立してスペクトルの詳細を公表した。Curtisは第一次世界大戦の従軍に召還され、スペクトルの研究はアルフレッド・ファウラーに引き継がれた。ファウラーは、2つのバンドヘッドを持つスペクトルのバンドが主系列と鈍系列の2つの系列に対応することに気付いた。