En lo que podría resultar un avance significativo en la fabricación de nuevas tecnologías, Los científicos descubrieron un nuevo mecanismo de autoensamblaje que sorprendentemente impulsa a las moléculas cargadas negativamente a agruparse para formar islas cuando el grafeno es soportado por un aislante eléctrico. Bajo estas condiciones, las diferentes interacciones de carga no se reducen, como lo son cuando el grafeno está soportado por un sustrato metálico. A bajas concentraciones, las moléculas adsorbidas individuales se repelen entre sí, pero con creciente concentración, las moléculas forman islas bidimensionales. La teoría determinó que el flujo de electrones extra hacia las islas desde el grafeno mantiene unidas las moléculas. Las fuerzas impulsoras electrónicas y las energías de estabilización son suficientes para superar la repulsión entre las cargas negativas.

Este mecanismo de autoensamblaje se puede utilizar para ajustar las propiedades electrónicas de las capas de grafeno en dispositivos y controlar cómo fluyen los electrones a través del grafeno. Este mecanismo permite la creación de patrones a escala atómica de propiedades electrónicas, lo que no se puede lograr con las técnicas litográficas convencionales que se utilizan actualmente en la industria de los semiconductores.

El silicio ha tenido éxito porque es un material semiconductor sintonizable electrónicamente que se puede utilizar en dispositivos electrónicos. El grafeno tiene distintas ventajas sobre el silicio para muchas aplicaciones debido a su mayor movilidad de electrones y una estructura cristalina muy estable. pero puede resultar difícil sintonizar con precisión. Una forma de ajustar las propiedades electrónicas del grafeno es adsorber moléculas en su superficie. Por ejemplo, moléculas cargadas negativamente en una superficie de grafeno extraen electrones de la capa de grafeno, cambiando sus propiedades electrónicas. Sin embargo, Los esfuerzos para ensamblar de manera controlada tales moléculas cargadas negativamente se han visto limitados porque las especies cargadas negativamente se repelen entre sí. Ahora, los científicos dirigidos por la Universidad de California-Berkeley y el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley han descubierto que esta repulsión se puede superar y que las islas bidimensionales se pueden formar de manera controlable mediante moléculas cargadas negativamente en grafeno sostenidas por un aislante. Mediante microscopía y modelado teórico, determinaron que el aislante subyacente era clave para alterar la naturaleza de las interacciones entre las moléculas cargadas negativamente y el grafeno. Se sabe que estas moléculas extraen electrones de su sustrato. En concentraciones superficiales bajas, las moléculas cargadas negativamente aceptan por separado electrones del grafeno subyacente y se repelen entre sí, como se esperaba porque las cargas iguales se repelen entre sí.

Sorprendentemente y de manera contradictoria, a concentraciones más altas, estas moléculas cargadas se agrupan para formar islas ordenadas. Este comportamiento habitual se explica por la teoría como la donación de electrones adicionales a las islas de moléculas por parte del grafeno en comparación con la donación a una sola molécula. Este recargo hace que sea energéticamente más favorable formar islas. Asombrosamente, este comportamiento observado en un sustrato de grafeno soportado por un aislante no ocurre cuando el grafeno está soportado por un metal. Este autoensamblaje molecular proporciona una posible alternativa al modelado del grafeno utilizando técnicas litográficas convencionales. El ajuste a escala atómica de las propiedades de las capas de grafeno podría permitir la fabricación de nuevos dispositivos basados ​​en grafeno que no se pueden fabricar con silicio.