Föreställ dig en värld där du kan skräddarsy egenskaperna hos grafen för att få det resultat du önskar. Genom att kombinera dess unika egenskaper med precisionen inom molekylär kemi, forskare från Graphene Flagship har tagit de första stegen mot att göra just det. I deras tidning publicerad den 7 april i Naturkommunikation en internationell grupp av flaggskeppsforskare visar hur det är möjligt att skapa ljuskänsliga grafenbaserade enheter, banar väg för många applikationer inklusive fotosensorer och till och med optiskt styrbara minnen.

The Graphene Flagship är ett europeiskt initiativ som främjar en samarbetsstrategi för forskning med syftet att hjälpa till att översätta grafen och relaterat material från labbet, genom industrin och in i samhället. Den multidisciplinära karaktären av arbetet som publiceras i detta dokument, som leddes av Prof. Paolo Samorì från Université de Strasbourg &CNRS i Frankrike, underlättades av flaggskeppet och dess samarbetsstrategi, i synnerhet med prof. Andrea Ferrari från Cambridge Graphene Centre. Som Prof. Samorì förklarar "att utmärka sig i tvärvetenskaplig forskning kräver en gemensam ansträngning från en kohort av framstående grupper med kompletterande färdigheter, och EC Graphene Flagship-projektet är den idealiska plattformen för att få detta att hända."

Verket visar hur, genom att kombinera molekyler som kan ändra sin konformation som ett resultat av ljusbestrålning med grafitpulver, man kan producera koncentrerade grafenbläck genom flytande fasexfoliering. Dessa grafenbläck kan sedan användas för att tillverka enheter som, när de utsätts för UV och synligt ljus, är kapabla att fotoväxla ström på ett reversibelt sätt.

Uppsatsen visar den spännande idén att kombinera grafen med en fotokrom molekylär switch. Här fann forskarna att en idealisk molekyl är 4-(decyloxi)azobensen. Denna kommersiellt tillgängliga alkoxisubstituerade azobensen har en hög affinitet för grafenets basplan, och hindrar därigenom stapling mellan flingor. När den utsätts för UV-ljus växlar denna azobensenmolekyl från trans- till cis-isomeren (med cis-isomeren är betydligt mer skrymmande än trans-formen). Viktigt för molekylära switchar är denna process helt reversibel genom den enkla exponeringen av provet för vitt ljus.

Genom att deponera grafen-azobensen-hybridbläcket på ett SiO2-substrat mönstrat med guldelektroder gjorde författarna en ljusmodulerad molekylär switch. Eftersom trans- till cis-isomeriseringen är helt reversibel genom den enkla appliceringen av vitt ljus, denna molekylära switch är också helt reversibel vilket är en mycket viktig faktor för att skapa optiskt styrda minnen.

"Detta papper ger i huvudsak en extra fjärrkontroll till en grafenbaserad elektrisk enhet helt enkelt genom exponering för ljus vid specifika våglängder." säger Prof. Samorì "Detta är det första steget mot utvecklingen av grafenbaserade multikomponentmaterial och deras användning för tillverkning av multifunktionella enheter - om du föreställer dig en sandwichliknande flerskiktsstruktur med grafenark separerade av flera lager var och en integrerad en annan funktionell molekylär komponent. Varje funktionell komponent ger därför en ny stimuli-reagerande karaktär till materialet som kan reagera på olika oberoende input som ljus, magnetiskt fält, elektrokemiska stimuli, etc, vilket leder till en multiresponsiv grafenbaserad nanokomposit."

"Graphene-flaggskeppet handlade alltid om kombinationen av grafen och andra material för att bilda nya hybridstrukturer, " sa prof. Ferrari, som också är ordförande för flaggskeppsledningspanelen. "Detta arbete är ett intressant principbevis för detta koncept och för flaggskeppsforskningens tvärvetenskapliga natur:kemi, Fysik, Teknik, Grundläggande vetenskap och optik, samlas under flaggskeppsparaplyet för att utveckla nya spännande enhetskoncept."