In wat een aanzienlijke vooruitgang zou kunnen blijken te zijn bij het fabriceren van nieuwe technologieën, wetenschappers ontdekten een nieuw zelfassemblagemechanisme dat verrassend genoeg negatief geladen moleculen ertoe aanzet om samen te klonteren om eilanden te vormen wanneer grafeen wordt ondersteund door een elektrische isolator. Onder deze voorwaarden, verschillende ladingsinteracties worden niet verminderd, zoals ze zijn wanneer grafeen wordt ondersteund door een metalen substraat. Bij lage concentraties, individuele geadsorbeerde moleculen stoten elkaar af, maar met toenemende concentratie, de moleculen vormen tweedimensionale eilanden. Door de theorie werd vastgesteld dat de stroom van extra elektronen vanuit grafeen naar de eilanden om de moleculen bij elkaar te houden. De elektronische aandrijfkrachten en stabilisatie-energieën zijn voldoende om de afstoting tussen de negatieve ladingen te overwinnen.

Dit zelfassemblagemechanisme kan worden gebruikt om de elektronische eigenschappen van grafeenlagen in apparaten af ​​te stemmen en te regelen hoe elektronen door het grafeen stromen. Dit mechanisme maakt patroonvorming op atomaire schaal van elektronische eigenschappen mogelijk, hetgeen niet kan worden bereikt met conventionele lithografische technieken die momenteel in de halfgeleiderindustrie worden gebruikt.

Silicium is succesvol geweest omdat het een elektronisch afstembaar halfgeleidermateriaal is dat in elektronische apparaten kan worden gebruikt. Grafeen heeft voor veel toepassingen duidelijke voordelen ten opzichte van silicium vanwege de hogere elektronenmobiliteit en een zeer stabiele kristalstructuur, maar het kan moeilijk zijn om precies af te stemmen. Een manier om de elektronische eigenschappen van grafeen af ​​te stemmen, is door moleculen op het oppervlak te adsorberen. Bijvoorbeeld, negatief geladen moleculen op een grafeenoppervlak trekken elektronen uit de grafeenlaag, het veranderen van zijn elektronische eigenschappen. Echter, pogingen om dergelijke negatief geladen moleculen controleerbaar te assembleren zijn beperkt omdat negatief geladen soorten elkaar afstoten. Nu hebben wetenschappers onder leiding van de University of California-Berkeley en Lawrence Berkeley National Laboratory ontdekt dat deze afstoting kan worden overwonnen en dat tweedimensionale eilanden controleerbaar kunnen worden gevormd door negatief geladen moleculen op grafeen ondersteund door een isolator. Door middel van microscopie en theoretische modellering, ze stelden vast dat de onderliggende isolator de sleutel was tot het veranderen van de aard van de interacties tussen de negatief geladen moleculen en grafeen. Van deze moleculen is bekend dat ze elektronen uit het substraat halen. Bij lage oppervlakteconcentraties, de negatief geladen moleculen nemen afzonderlijk elektronen op van het onderliggende grafeen en stoten elkaar af, zoals verwacht omdat gelijke ladingen elkaar afstoten.

Opmerkelijk en contra-intuïtief, bij hogere concentraties, deze geladen moleculen klonteren samen om geordende eilanden te vormen. Dit gebruikelijke gedrag wordt door de theorie verklaard als de donatie van extra elektronen aan de eilanden van moleculen door grafeen in vergelijking met de donatie aan een enkel molecuul. Deze meerprijs maakt het energetisch gunstiger om eilanden te vormen. Verrassend genoeg, dit gedrag waargenomen op grafeensubstraat ondersteund door een isolator treedt niet op wanneer grafeen wordt ondersteund door een metaal. Deze moleculaire zelfassemblage biedt een mogelijk alternatief voor het patroontekenen van grafeen met behulp van conventionele lithografische technieken. Afstemming op atomaire schaal van de eigenschappen van grafeenlagen zou de fabricage van nieuwe apparaten op basis van grafeen mogelijk maken die niet met silicium kunnen worden gemaakt.