Kemister arbetar med att syntetisera nästa generation av supermaterial för högpresterande elektronik, solceller, fotodetektorer och kvantdatorer. Även om de har gjort framsteg med sammansatta material, de har ännu inte lyckats utveckla oförändrade eller "fristående" material för sådana enheter, enligt en recension publicerad i tidskriften Vetenskap och teknik för avancerade material .

Grafen är ett kolmaterial som härrör från grafit, samma typ av material som finns i pennor, men det är arrangerat i ett enatoms tunt bikakegaller. Upptäcktes 2004, grafens tvådimensionella arrangemang ger det "extraordinära" egenskaper, inklusive extrem styrka och "fantastiskt hög" elektronledning.

Dock, det täta gallret saknar ett halvledande bandgap, vilket är viktigt för elektroniska enheter. Därför, forskare har letat efter alternativa material som har bandgap, men har fortfarande en grafenliknande struktur.

Mycket fokus har lagts på grafen kvantprickar, som är små segment av grafen, cirka 10 till 100 nm kol hexagoner över och mindre än 30 atomark tjocka. För att få prickarna att bete sig mer som 2-D-grafen, forskarlag har lagt till andra molekyler för att förändra materialets struktur och funktion.

Till exempel, ett team fäste molekylära grupper innehållande kväve till grafenkvantprickar. De fann att olika molekylära kombinationer förändrade den elektroniska strukturen av kvantpunkten på unika sätt. Detta förändrade färgen på ljuset som materialet producerade när det exponerades för elektricitet, vilket är användbart för lysdioder och fotodetektorer. Flera team har byggt och testat fotodetektorer med grafenkvantprickar med framgång. Materialet har också visat sig förbättra prestandan hos färgsensibiliserade solceller.

Forskare undersöker också kisel- och germaniumanaloger av grafen, kallad silen och germanen, och deras respektive hydrerade former, silikan och germanan. De testar hur olika beredningsmetoder och strukturer, såsom flera lager och tillagda molekyler, påverka prestanda för potentiella elektroniska eller fotoniska enheter.

Även om silicen och germanen inte har framställts utan tillsatta molekyler hittills, de modifierade materialen liknar starkt de 2D-material som teoretiskt förutspåtts. Att förstå egenskaperna hos de modifierade materialen är en "bra utgångspunkt" för att utveckla framtida nanomaterial, enligt tidningsförfattarna.

I sista hand, recensenterna, leds av Hideyuki Nakano från Toyota Central R&D Labs i Japan, är optimistiska om att elektroniska enheter och energilagringsmaterial skulle kunna utvecklas med dessa material inom en snar framtid.