I vad som kan visa sig vara ett betydande framsteg när det gäller att tillverka ny teknik, forskare upptäckte en ny självmonteringsmekanism som överraskande driver negativt laddade molekyler att klumpa ihop för att bilda öar när grafen stöds av en elektrisk isolator. Under dessa omständigheter, olika laddningsinteraktioner minskas inte, som de är när grafen stöds av ett metalliskt substrat. Vid låga koncentrationer, enskilda adsorberade molekyler stöter bort varandra, men med ökande koncentration, molekylerna bildar tvådimensionella öar. Det bestämdes genom teori att flödet av extra elektroner till öarna från grafen håller molekylerna ihop. De elektroniska drivkrafterna och stabiliseringsenergierna är tillräckliga för att övervinna avstötningen mellan de negativa laddningarna.

Denna självmonteringsmekanism kan användas för att ställa in de elektroniska egenskaperna hos grafenlager i enheter och styra hur elektroner flödar genom grafen. Denna mekanism tillåter atomskala mönster av elektroniska egenskaper, som inte kan uppnås med konventionella litografiska tekniker som för närvarande används inom halvledarindustrin.

Kisel har varit framgångsrik eftersom det är ett elektroniskt avstämbart halvledarmaterial som kan användas i elektroniska enheter. Grafen har tydliga fördelar jämfört med kisel för många applikationer på grund av dess högre elektronmobilitet och en mycket stabil kristallstruktur, men det kan vara svårt att exakt ställa in. Ett sätt att justera grafens elektroniska egenskaper är att adsorbera molekyler på dess yta. Till exempel, negativt laddade molekyler på en grafenyta drar elektroner från grafenskiktet, ändra sina elektroniska egenskaper. Dock, ansträngningarna att på ett kontrollerbart sätt montera sådana negativt laddade molekyler har varit begränsade eftersom negativt laddade arter stöter bort varandra. Nu har forskare under ledning av University of California-Berkeley och Lawrence Berkeley National Laboratory upptäckt att denna avstötning kan övervinnas och tvådimensionella öar kan bildas kontrollerbart av negativt laddade molekyler på grafen som stöds av en isolator. Genom mikroskopi och teoretisk modellering, de bestämde att den underliggande isolatorn var nyckeln till att förändra naturen hos interaktionerna mellan de negativt laddade molekylerna och grafen. Dessa molekyler är kända för att extrahera elektroner från dess substrat. Vid låga ytkoncentrationer, de negativt laddade molekylerna separat tar emot elektroner från den underliggande grafen och stöter bort varandra, som förväntat eftersom liknande avgifter stöter bort varandra.

Anmärkningsvärt och kontraintuitivt, vid högre koncentrationer, dessa laddade molekyler klumpar sig samman för att bilda ordnade öar. Detta vanliga beteende förklaras av teori som donation av extra elektroner till molekylernas öar av grafen jämfört med donationen till en enda molekyl. Denna extra kostnad gör det energiskt mer gynnsamt att bilda öar. Förvånande, detta beteende observerat på grafensubstrat som stöds av en isolator sker inte när grafen stöds av en metall. Denna molekylära självmontering ger ett möjligt alternativ till mönstrande grafen med konventionella litografiska tekniker. Justering av egenskaperna hos grafenskikt i atomskala kan möjliggöra tillverkning av nya enheter baserade på grafen som inte kan tillverkas med kisel.