Grafeen en aanverwante materialen hebben een groot potentieel voor technologische toepassingen zoals elektronica, sensoren, en energieopslagapparaten, onder andere. Dankzij hun hoge oppervlaktegevoeligheid, deze materialen zijn een ideaal platform om het samenspel tussen moleculaire samenstellingen op nanoschaal en macroscopische elektrische fenomenen te bestuderen.

Onderzoekers binnen het Graphene Flagship ontwierpen een molecuul dat omkeerbaar chemische transformaties kan ondergaan wanneer het wordt belicht met ultraviolet en zichtbaar licht. Dit molecuul - een fotoschakelbare spiropyran - kan vervolgens worden verankerd aan het oppervlak van materialen zoals grafeen of molybdeendisulfide, waardoor een atomair nauwkeurig hybride macroscopisch superrooster wordt gegenereerd. Wanneer verlicht, de hele supramoleculaire structuur ervaart een collectieve structurele herschikking, die direct kon worden gevisualiseerd met een resolutie van minder dan nanometer door middel van scanning tunneling microscopie.

Belangrijker, deze door licht geïnduceerde reorganisatie op moleculair niveau veroorzaakt grote veranderingen in de macroscopische elektrische eigenschappen van de hybride apparaten. de moleculen, samen met de lagen grafeen en aanverwante materialen, kan gebeurtenissen met één molecuul omzetten in een ruimtelijk homogene schakelactie die een macroscopische elektrische respons genereert. Deze nieuwe en veelzijdige benadering tilt supramoleculaire elektronica naar een hoger niveau.

“Dankzij deze nieuwe aanpak we kunnen gebruikmaken van de capaciteit van collectieve schakelgebeurtenissen die plaatsvinden in superroosters van fotochrome moleculen die zijn geassembleerd op grafeen en verwante materialen om grootschalige en omkeerbare modulatie te induceren in de elektrische eigenschappen van hoogwaardige opto-elektronische apparaten, " legt Paolo Samor uit, hoofdauteur van het artikel. "Deze technologie zou toepassingen kunnen vinden in de volgende generatie slimme en draagbare elektronica, met programmeerbare eigenschappen, " hij voegt toe.

Samorì legt ook uit hoe dit idee om moleculaire superroosters op maat te maken een grote verscheidenheid aan nieuwe materialen zou kunnen genereren met afstembare en responsieve eigenschappen. "Kies uw functies! U hoeft alleen zorgvuldig de juiste moleculen te kiezen, het zo gevormde superrooster zal het mogelijk maken om de verandering in eigenschappen te maximaliseren als reactie op externe inputs, " hij zegt.

Vittorio Pellegrini, onderzoeker bij IIT en Divisieleider voor Energie, composieten, en productie bij het Graphene Flagship, benadrukt hoe het onderzoek 'uniek is in de manier waarop het grafeen en andere verwante materialen combineert met op licht reagerende chemische moleculen. Deze macroscopische arrangementen zijn veelbelovende platforms voor opto-elektronica." Pellegrini wijst op het uitstekende potentieel van deze nieuwe bevindingen:"de moleculaire ultradunne coating kan worden aangepast door alleen verschillende moleculen te synthetiseren." Bovendien, 'deze ontdekking zal ons leiden naar de ontwikkeling van apparaten, aangezien de door Samorì en zijn team ontwikkelde techniek reproduceerbaar kan worden opgeschaald, " voegde hij eraan toe. Samorì is het ermee eens:"De limiet in de schaalbaarheid is de toegankelijkheid van ultraplat en atomair nauwkeurig grafeen en verwante materialen."

Deze vorderingen, mogelijk gemaakt door de samenwerkingsomgeving van het Graphene Flagship, kan leiden tot veelbelovende toepassingen in sensoren, opto-elektronica, en flexibele apparaten. Onderzoekers dromen nu van high-performance multifunctionele hybride apparaten onder controle van de meest overvloedige en krachtige energiebron van de natuur:licht.

Professor Andrea C. Ferrari, Science and Technology Officer van het Graphene Flagship, en voorzitter van het managementpanel voegde toe:"Supramoleculaire chemie maakt vanaf het allereerste begin deel uit van het vlaggenschiponderzoek. In de loop der jaren hebben onze partners de technieken verbeterd en ontwikkeld die het mogelijk maken om moleculen te koppelen aan grafeen en verwante materialen. getuige zijn van een gestage vooruitgang in de richting van toepassingen, zoals blijkt uit dit interessante werk."