Grafen och tillhörande material har stor potential för tekniska tillämpningar som elektronik, sensorer, och energilagringsenheter, bland andra. Tack vare deras höga ytkänslighet, dessa material är en idealisk plattform för att studera samspelet mellan molekylära sammansättningar på nanoskala och makroskopiska elektriska fenomen.

Forskare inom Graphene Flagship utformade en molekyl som reversibelt kan genomgå kemiska transformationer när den belyses med ultraviolett och synligt ljus. Denna molekyl - en fotoswitchbar spiropyran - kan sedan förankras på ytan av material som grafen eller molybdendisulfid, sålunda alstras ett atomiskt exakt hybridmakroskopiskt supergitter. När den är upplyst, hela den supramolekylära strukturen upplever en kollektiv strukturell omorganisation, som kan visualiseras direkt med en sub-nanometerupplösning genom att skanna tunnelmikroskopi.

Mer viktigt, denna ljusinducerade omorganisation på molekylär nivå inducerar stora förändringar i de makroskopiska elektriska egenskaperna hos hybridanordningarna. Molekylerna, tillsammans med lagren av grafen och relaterade material, kan omvandla enmolekylära händelser till en rumsligt homogen kopplingsåtgärd som genererar ett makroskopiskt elektriskt svar. Detta nya och mångsidiga tillvägagångssätt tar supramolekylär elektronik till nästa nivå.

"Tack vare detta nya tillvägagångssätt, vi kan utnyttja kapaciteten hos kollektiva kopplingshändelser som inträffar i supergaller av fotokroma molekyler monterade på grafen och relaterade material för att framkalla storskalig och reversibel modulering av de elektriska egenskaperna hos högpresterande opto-elektroniska enheter, "förklarar Paolo Samorì, huvudförfattare till tidningen. "Denna teknik kan hitta applikationer i nästa generations smart och bärbar elektronik, med programmerbara egenskaper, " han lägger till.

Samorì förklarar också hur denna idé om att skräddarsy molekylära supergaller skulle kunna generera en mängd olika nya material med avstämningsbara och lyhörda egenskaper. "Välj dina funktioner! Du behöver bara noga välja rätt molekyler, det sålunda bildade supergitteret gör det möjligt att maximera förändringen i egenskaper som ett svar på externa ingångar, " han säger.

Vittorio Pellegrini, forskare på IIT och divisionsledare för energi, Kompositer, och produktion vid Graphene Flagship, lyfter fram hur forskningen är 'unik på det sätt den kombinerar grafen och andra relaterade material med ljuskänsliga kemiska molekyler. Dessa makroskopiska arrangemang är lovande plattformar för optoelektronik. "Pellegrini påpekar den enastående potentialen i dessa nya fynd:" den molekylära ultratunna beläggningen kan skräddarsys bara genom att syntetisera olika molekyler. " Dessutom, 'denna upptäckt kommer att leda oss till utvecklingen av enheter, eftersom tekniken som utvecklats av Samorì och hans team kan skalas upp på reproducerbart sätt, "tillade han. Samorì håller med:" Gränsen för skalbarhet är tillgängligheten till ultralätt och atomprecis grafen och relaterade material. "

Dessa framsteg, möjliggjord av samarbetsmiljön för Graphene Flagship, kan leda till lovande applikationer inom sensorer, optoelektronik, och flexibla enheter. Forskare drömmer nu om högpresterande multifunktionella hybridanordningar under kontroll av naturens mest rikliga och kraftfulla energikälla-ljus.

Professor Andrea C. Ferrari, Vetenskaps- och teknikchef för Graphene Flagship, och ordförande för dess ledningspanel tillade:"Supramolekylär kemi har varit en del av flaggskeppsforskningen sedan början. Under årens lopp har våra partners förbättrat och utvecklat de tekniker som gör det möjligt att koppla samman molekyler med grafen och relaterade material. Vi är nu bevittnar en stadig framsteg mot ansökningar, som framgår av detta intressanta arbete. "