För närvarande, de flesta delar av en smart telefon är gjorda av kisel och andra föreningar, som är dyra och lätt går sönder, men med nästan 1,5 miljarder smarta telefoner som köptes över hela världen förra året, tillverkare är på jakt efter något mer hållbart och billigare.

Dr Elton Santos från Queen's University's School of Mathematics and Physics, har arbetat med ett team av förstklassiga forskare från Stanford University, University of California, California State University och National Institute for Materials Science i Japan, att skapa nya dynamiska hybridenheter som kan leda elektricitet i oöverträffade hastigheter och är lätta, hållbara och lätta att tillverka i storskaliga halvledarfabriker.

Teamet fann att genom att kombinera halvledande molekyler C ₆₀ med skiktade material, som grafen och hBN, de kunde producera en unik materialteknik, vilket kan revolutionera begreppet smarta enheter.

Den vinnande kombinationen fungerar eftersom hBN ger stabilitet, elektronisk kompatibilitet och isoleringsladdning till grafen medan C ₆₀ kan förvandla solljus till elektricitet. Alla smarta enheter gjorda av denna kombination skulle dra nytta av blandningen av unika funktioner, som inte existerar i material naturligt. Denna process, som kallas van der Waals fasta ämnen, tillåter sammansättningar att sammanföras och monteras på ett fördefinierat sätt.

Dr Elton Santos förklarar:"Våra fynd visar att detta nya "mirakelmaterial" har liknande fysikaliska egenskaper som kisel men det har förbättrat kemisk stabilitet, lätthet och flexibilitet, som potentiellt skulle kunna användas i smarta enheter och som är mycket mindre benägna att gå sönder.

"Materialet kan också innebära att enheter använder mindre energi än tidigare på grund av enhetsarkitekturen så kunde ha förbättrat batteritiden och färre elektriska stötar."

Han tillade:"Genom att föra samman forskare från hela världen med expertis inom kemi, fysik och materialvetenskap vi kunde arbeta tillsammans och använda simuleringar för att förutsäga hur alla material skulle kunna fungera när de kombineras - och i slutändan hur dessa kunde fungera för att lösa vardagsproblem.

"Denna spetsforskning är läglig och ett hett ämne som involverar nyckelspelare på området, som öppnar en tydlig internationell väg för att sätta Queen's på färdplanen för ytterligare framstående utredningar. "

Projektet startade initialt från simuleringssidan, där Dr Santos förutspådde att en sådan sammansättning av hBN, grafen och C60 kan resultera i ett fast ämne med anmärkningsvärda nya fysikaliska och kemiska egenskaper. Sedan, han pratade med sina medarbetare professor Alex Zettl och Dr Claudia Ojeda-Aristizabal vid University of California, och California St University i Long Beach (CA) om resultaten. Det fanns en stark synergi mellan teori och experiment under hela projektet.

Dr Santos sa:"Det är ett slags "drömprojekt" för en teoretiker eftersom noggrannheten som uppnåddes i experimenten anmärkningsvärt överensstämde med vad jag förutspådde och detta är normalt inte lätt att hitta. Modellen gjorde flera antaganden som har visat sig vara helt höger."

Resultaten, som har publicerats i en av de mest prestigefyllda tidskrifterna i världen ACS Nano , öppna dörrarna för vidare utforskning av nya material. En fråga som fortfarande behöver lösas med teamets nuvarande forskning är att grafen och den nya materialarkitekturen saknar ett "bandgap", som är nyckeln till på- och avkopplingsoperationerna som utförs av elektroniska enheter.

Dock, Dr Santos team tittar redan på en potentiell lösning - övergångsmetalldikalkogenider (TMD). Dessa är ett hett ämne för närvarande eftersom de är mycket kemiskt stabila, har stora källor för produktion och bandluckor som konkurrerar med Silicon.

Han förklarar:"Genom att använda dessa fynd, vi har nu tagit fram en mall men i framtiden hoppas vi kunna lägga till ytterligare en funktion med TMD:er. Dessa är halvledare, som kringgår problemet med bandgapet, så vi har nu en riktig transistor i horisonten. "