No que pode ser um avanço significativo na fabricação de novas tecnologias, os cientistas descobriram um novo mecanismo de automontagem que surpreendentemente leva moléculas carregadas negativamente a se agruparem para formar ilhas quando o grafeno é suportado por um isolador elétrico. Sob estas condições, diferentes interações de carga não são diminuídas, como são quando o grafeno é suportado por um substrato metálico. Em baixas concentrações, moléculas adsorvidas individuais se repelem, mas com concentração crescente, as moléculas formam ilhas bidimensionais. Foi determinado pela teoria que o fluxo de elétrons extras do grafeno para as ilhas mantém as moléculas juntas. As forças motrizes eletrônicas e as energias de estabilização são suficientes para superar a repulsão entre as cargas negativas.

Este mecanismo de automontagem pode ser usado para ajustar as propriedades eletrônicas das camadas de grafeno em dispositivos e controlar como os elétrons fluem através do grafeno. Este mecanismo permite padronização em escala atômica de propriedades eletrônicas, o que não pode ser alcançado com as técnicas litográficas convencionais atualmente em uso na indústria de semicondutores.

O silício tem tido sucesso porque é um material semicondutor sintonizável eletronicamente que pode ser usado em dispositivos eletrônicos. O grafeno tem vantagens distintas sobre o silício para muitas aplicações devido à sua maior mobilidade de elétrons e uma estrutura de cristal muito estável, mas pode ser difícil ajustar com precisão. Uma maneira de ajustar as propriedades eletrônicas do grafeno é adsorver moléculas em sua superfície. Por exemplo, moléculas carregadas negativamente em uma superfície de grafeno puxam elétrons da camada de grafeno, mudando suas propriedades eletrônicas. Contudo, esforços para montar controladamente tais moléculas carregadas negativamente têm sido limitados porque as espécies carregadas negativamente se repelem. Agora, cientistas liderados pelo Laboratório Nacional da Universidade da Califórnia-Berkeley e Lawrence Berkeley descobriram que essa repulsão pode ser superada e ilhas bidimensionais podem ser formadas de forma controlada por moléculas carregadas negativamente em grafeno suportadas por um isolante. Por meio de microscopia e modelagem teórica, eles determinaram que o isolante subjacente era a chave para alterar a natureza das interações entre as moléculas carregadas negativamente e o grafeno. Essas moléculas são conhecidas por extrair elétrons de seu substrato. Em baixas concentrações de superfície, as moléculas carregadas negativamente aceitam separadamente elétrons do grafeno subjacente e se repelem, como esperado porque cargas semelhantes se repelem.

Notavelmente e contra-intuitivamente, em concentrações mais altas, essas moléculas carregadas se agrupam para formar ilhas ordenadas. Esse comportamento usual é explicado pela teoria como a doação de elétrons extras às ilhas de moléculas pelo grafeno quando comparada à doação para uma única molécula. Esta carga extra torna energeticamente mais favorável a formação de ilhas. Surpreendentemente, este comportamento observado em substrato de grafeno suportado por um isolante não ocorre quando o grafeno é suportado por um metal. Esta automontagem molecular fornece uma alternativa possível para padronizar o grafeno usando técnicas litográficas convencionais. O ajuste em escala atômica das propriedades das camadas de grafeno pode permitir a fabricação de novos dispositivos baseados em grafeno que não podem ser feitos com silício.