I chimici stanno lavorando per sintetizzare la prossima generazione di super materiali per l'elettronica ad alte prestazioni, celle solari, fotorivelatori e computer quantistici. Mentre hanno fatto progressi con i materiali compositi, non sono ancora riusciti a sviluppare materiali inalterati o "autoportanti" per tali dispositivi, secondo una recensione pubblicata sulla rivista Scienza e tecnologia dei materiali avanzati .

Il grafene è un materiale di carbonio derivato dalla grafite, lo stesso tipo di materiale che si trova nelle matite, ma è disposto in un reticolo a nido d'ape sottile un atomo. Scoperto nel 2004, la disposizione bidimensionale del grafene gli conferisce proprietà "straordinarie", compresa la forza estrema e la conduttività elettronica "meravigliosamente alta".

Però, il reticolo stretto manca di un bandgap semiconduttore, che è essenziale per i dispositivi elettronici. Perciò, gli scienziati sono alla ricerca di materiali alternativi con bande proibite, ma hanno ancora una struttura simile al grafene.

Molta attenzione è stata posta sui punti quantici di grafene, che sono piccoli segmenti di grafene, esagoni di carbonio di circa 10 a 100 nm di diametro e meno di 30 fogli atomici di spessore. Per fare in modo che i punti si comportino più come grafene 2-D, i team di ricerca hanno aggiunto altre molecole per modificare la struttura e la funzione del materiale.

Per esempio, un team ha collegato gruppi molecolari contenenti azoto a punti quantici di grafene. Hanno scoperto che diverse combinazioni molecolari alteravano la struttura elettronica del punto quantico in modi unici. Questo ha spostato il colore della luce prodotto dal materiale quando esposto all'elettricità, che è utile per diodi emettitori di luce e fotorivelatori. Diversi team hanno costruito e testato fotorilevatori utilizzando punti quantici di grafene con successo. Il materiale ha anche dimostrato di migliorare le prestazioni delle celle solari sensibilizzate al colorante.

I ricercatori stanno anche studiando analoghi al silicio e al germanio del grafene, chiamato silicene e germanene, e le loro rispettive forme idrogenate, silicano e germanano. Stanno testando come diversi metodi e strutture di preparazione, come strati multipli e molecole aggiunte, influenzare le prestazioni di potenziali dispositivi elettronici o fotonici.

Mentre il silicene e il germanene non sono stati finora preparati senza molecole aggiunte, i materiali modificati assomigliano molto ai materiali 2-D teoricamente previsti. Comprendere le proprietà dei materiali modificati è un "buon punto di partenza" per lo sviluppo di futuri nanomateriali, secondo gli autori dell'articolo.

In definitiva, i revisori, guidato da Hideyuki Nakano di Toyota Central R&D Labs in Giappone, sono ottimisti sul fatto che dispositivi elettronici e materiali per l'accumulo di energia potrebbero essere sviluppati utilizzando questi materiali nel prossimo futuro.