På grund av dess spännande egenskaper kan grafen vara det idealiska materialet för att bygga nya typer av elektroniska enheter som sensorer, skärmar, eller till och med kvantdatorer.

En av nycklarna till att utnyttja grafens potential är att kunna skapa defekter i atomskala-där kolatomer i sin lägenhet, bikakeliknande struktur omarrangeras eller "slås ut" - eftersom dessa påverkar dess elektriska, kemisk, magnetisk, och mekaniska egenskaper.

Ett team ledd av forskare från Oxford University rapporterar in Naturkommunikation ett nytt förhållningssätt till ett nytt förhållningssätt för att konstruera grafens atomstruktur med oöverträffad precision.

'Nuvarande tillvägagångssätt för att producera defekter i grafen är antingen som ett' hagelgevär 'där hela provet sprutas med joner med hög energi eller elektroner för att orsaka utbredda defekter, eller ett kemiskt tillvägagångssätt där många delar av grafenet reageras kemiskt, sa Jamie Warner från Oxford Universitys Department of Materials, en medlem i laget.

"Båda metoderna saknar någon form av kontroll i termer av rumslig precision och även typ av defekt, men hittills är de enda rapporterade metoderna kända för att skapa defekter. '

Den nya metoden ersätter "hagelgeväret" med något mer som ett prickskyttegevär:en minutiöst kontrollerad stråle av elektroner som avfyras från ett elektronmikroskop.

"Hagelgevärsmetoden är begränsad till precision i mikronskala, vilket är ungefär en yta på 10, 000, 000 kvadrat nanometer, vi visade en precision inom 100 kvadrat nanometer, vilket är ungefär fyra storleksordningar bättre, " förklarar Alex Robertson vid Oxford Universitys Department of Materials, en annan medlem i laget.

Ändå handlar det inte bara om exaktheten hos ett enda "skott"; forskarna visar också att genom att kontrollera hur länge grafen exponeras för deras fokuserade elektronstråle kan de styra storleken och typen av defekt som skapas.

"Vår studie visar för första gången att endast ett fåtal typer av defekter faktiskt är stabila i grafen, med flera defekter som släcks av ytatomer eller avslappnar tillbaka till orörda genom bindningsrotationer, Jamie berättar för mig.

Möjligheten att skapa precis rätt sorts stabila defekter i grafens kristallstruktur kommer att vara avgörande om dess egenskaper ska kunna utnyttjas för applikationer som mobiltelefoner och flexibla displayer.

'Defektplatser i grafen är mycket mer kemiskt reaktiva, så vi kan använda defekter som en plats för kemisk funktionalisering av grafenet. Så vi kan fästa vissa molekyler, som biomolekyler, till grafenet för att fungera som en sensor, Säger Alex till mig.

"Defekter i grafen kan också ge upphov till lokaliserat elektronspin, ett attribut som har viktig framtida användning inom kvantnanoteknik och kvantdatorer.'

Just nu är det fortfarande långt kvar att skala upp teamets teknik till en tillverkningsprocess för att skapa grafenbaserade teknologier. För närvarande är elektronmikroskop de enda systemen som kan uppnå den nödvändiga utsökta kontrollen av en elektronstråle.

Men, Alex säger, det är alltid möjligt att en skalbar elektronstrålelitografiteknik kan utvecklas i framtiden som kan möjliggöra defektmönster i grafen.

Och det är värt att komma ihåg att det inte var så länge sedan som tekniken som behövdes för att etsa miljontals transistorer på en liten skiva kisel verkade som en omöjlig dröm.