I en perspektivrecension skriven för Nature, Sir Andre och Dr Irina Grigorieva, från University of Manchester, diskutera hur skiktade material kan delas upp i isolerade atomplan och sedan sättas ihop igen i en intelligent vald sekvens för att skapa en ny typ av material och strukturer som inte finns i naturen.

Författarna påpekar att det förutom grafen finns många andra tjocka kristaller med en atom eller en molekyl. Dessa inkluderar monolager av bornitrid (annars känd som "vit grafen") och molybdendisulfid som redan är väl karakteriserade och väckte stor uppmärksamhet från akademi och industri. Jakten på mer atomärt tunna kristaller växer snabbt.

De grafenliknande materialen lovar en rad egna applikationer men, i isolering, de kommer sannolikt inte att erbjuda samma anmärkningsvärda egenskaper som grafen själv – världens tunnaste, starkaste och mest ledande materialet.

Den mest spännande utvecklingen som föreslagits, bevisat och nu granskat av University of Manchester forskare skapade "atomic Lego"; stapla dessa atomärt tunna material i heterostrukturer och konstgjorda material så att de resulterande egenskaperna kan kontrolleras och manipuleras. Sådana material tillverkade med ett enda plans precision kunde inte tillverkas med någon tidigare känd teknik.

Kombinationsstrukturerna har förmågan att gå bortom grafens långa lista av superlativ och skapa applikationer och enheter som, tills nu, har endast funnits inom science fiction. Till exempel, atomskalan Lego har redan använts för att förbättra den elektroniska kvaliteten på grafen och göra grafentransistorer med höga på-av-förhållanden lämpliga för integrerade kretsar.

För närvarande, sofistikerade flerskiktsstrukturer sätts samman i universitetslaboratorier på några dagar genom manuell montering under ett optiskt mikroskop. Detta är tillräckligt för att leta efter de mest lovande kombinationerna som syftar till en viss applikation. I framtiden, denna sammansättning kan göras på en automatiserad industriell basis genom att använda maskiner som liknar dem som för närvarande producerar grafenrullar som är hundra meter långa.

Sir Andre sa:"Jag tror att detta nya forskningsfält kommer att bli lika stort som grafen i sig. Det är redan klart att grafen i kombination med andra atomärt tunna material visar egenskaper bättre eller annorlunda än sina egna.

"På grund av mängden möjligheter att kombinera dessa grafenliknande material tillsammans i heterostrukturer är praktiskt taget obegränsad, det måste finnas nya material med unika egenskaper som ingen ens drömt om än. Vi är bortskämda med valmöjligheter."

Dr Grigorieva tillade:"Med så många grafenliknande kristaller där ute, vi begränsas bara av vår fantasi hur vi ska kombinera dem. Det är en mycket spännande tid att vara materialvetare och utforska detta terra inkognito av material som du bokstavligen kan designa och sedan göra lager för lager själv."