El grafeno y los materiales relacionados tienen un gran potencial para aplicaciones tecnológicas como la electrónica, sensores, y dispositivos de almacenamiento de energía, entre otros. Gracias a su alta sensibilidad superficial, estos materiales son una plataforma ideal para estudiar la interacción entre ensamblajes moleculares a nanoescala y fenómenos eléctricos macroscópicos.

Los investigadores del Graphene Flagship diseñaron una molécula que puede sufrir transformaciones químicas reversibles cuando se ilumina con luz ultravioleta y visible. Esta molécula, un espiropirano fotoconmutable, se puede anclar a la superficie de materiales como el grafeno o el disulfuro de molibdeno. generando así una superrejilla macroscópica híbrida atómicamente precisa. Cuando se ilumina, toda la estructura supramolecular experimenta un reordenamiento estructural colectivo, que podría visualizarse directamente con una resolución subnanométrica mediante microscopía de túnel de barrido.

Más importante, esta reorganización inducida por la luz a nivel molecular induce grandes cambios en las propiedades eléctricas macroscópicas de los dispositivos híbridos. Las moléculas, junto con las capas de grafeno y materiales relacionados, puede convertir eventos de una sola molécula en una acción de conmutación espacialmente homogénea que genera una respuesta eléctrica macroscópica. Este enfoque novedoso y versátil lleva la electrónica supramolecular al siguiente nivel.

"Gracias a este nuevo enfoque, Podemos explotar la capacidad de los eventos de conmutación colectivos que ocurren en superredes de moléculas fotocrómicas ensambladas en grafeno y materiales relacionados para inducir una modulación reversible y a gran escala en las propiedades eléctricas de los dispositivos optoelectrónicos de alto rendimiento. "explica Paolo Samorì, autor principal del artículo. "Esta tecnología podría encontrar aplicaciones en la próxima generación de dispositivos electrónicos inteligentes y portátiles, con propiedades programables, " él añade.

Samorì también explica cómo esta idea de adaptar superredes moleculares podría generar una amplia variedad de nuevos materiales con propiedades ajustables y sensibles. "¡Marque sus funciones! Solo necesita elegir cuidadosamente las moléculas correctas, la superrejilla así formada permitirá maximizar el cambio en las propiedades como respuesta a las entradas externas, " él dice.

Vittorio Pellegrini, investigador del IIT y Líder de División de Energía, Composicion, y producción en Graphene Flagship, destaca cómo la investigación es "única en la forma en que combina el grafeno y otros materiales relacionados con moléculas químicas sensibles a la luz". Estos arreglos macroscópicos son plataformas prometedoras para la optoelectrónica. "Pellegrini señala el potencial excepcional de estos nuevos hallazgos:" el recubrimiento ultrafino molecular se puede adaptar simplemente sintetizando diferentes moléculas ". Es más, 'este descubrimiento nos llevará al desarrollo de dispositivos, ya que la técnica desarrollada por Samorì y su equipo se puede ampliar de manera reproducible, ", agregó. Samorì está de acuerdo:" El límite en la escalabilidad es la accesibilidad al grafeno ultraplano y atómicamente preciso y materiales relacionados ".

Estos avances, posible gracias al entorno colaborativo del Graphene Flagship, podría conducir a aplicaciones prometedoras en sensores, optoelectrónica, y dispositivos flexibles. Los investigadores ahora sueñan con dispositivos híbridos multifuncionales de alto rendimiento bajo el control de la fuente de energía más abundante y poderosa de la naturaleza:la luz.

Profesor Andrea C. Ferrari, Oficial de ciencia y tecnología de Graphene Flagship, y el presidente de su panel de administración agregó:"La química supramolecular ha sido parte de la investigación emblemática desde el principio. A lo largo de los años, nuestros socios han mejorado y desarrollado las técnicas que permiten interactuar moléculas con grafeno y materiales relacionados. Ahora somos presenciar un progreso constante hacia las aplicaciones, como lo demuestra este interesante trabajo ".