Os químicos estão trabalhando para sintetizar a próxima geração de supermateriais para eletrônicos de alto desempenho, células solares, fotodetectores e computadores quânticos. Embora tenham feito progresso com materiais compostos, eles ainda não conseguiram desenvolver materiais inalterados ou "independentes" para tais dispositivos, de acordo com uma revisão publicada na revista Ciência e Tecnologia de Materiais Avançados .

Grafeno é um material de carbono derivado de grafite, o mesmo tipo de material encontrado em lápis, mas é arranjado em uma estrutura de favo de mel de um átomo de espessura. Descoberto em 2004, o arranjo bidimensional do grafeno dá a ele propriedades "extraordinárias", incluindo extrema resistência e condutividade de elétrons "maravilhosamente alta".

Contudo, a estrutura apertada carece de um bandgap semicondutor, o que é essencial para dispositivos eletrônicos. Portanto, os cientistas têm procurado materiais alternativos que tenham lacunas, mas ainda tem uma estrutura semelhante ao grafeno.

Muito foco foi colocado em pontos quânticos de grafeno, que são pequenos segmentos de grafeno, cerca de 10 a 100 nm de hexágonos de carbono de diâmetro e menos de 30 folhas atômicas de espessura. Para fazer os pontos se comportarem mais como o grafeno 2-D, equipes de pesquisa adicionaram outras moléculas para mudar a estrutura e a função do material.

Por exemplo, uma equipe uniu grupos moleculares contendo nitrogênio a pontos quânticos de grafeno. Eles descobriram que diferentes combinações moleculares alteraram a estrutura eletrônica do ponto quântico de maneiras únicas. Isso mudou a cor da luz que o material produzia quando exposto à eletricidade, que é útil para diodos emissores de luz e fotodetectores. Várias equipes construíram e testaram fotodetectores usando pontos quânticos de grafeno com sucesso. O material também demonstrou melhorar o desempenho de células solares sensibilizadas por corante.

Os pesquisadores também estão investigando análogos de silício e germânio do grafeno, chamado siliceno e germaneno, e suas respectivas formas hidrogenadas, silicano e germanano. Eles estão testando como diferentes métodos e estruturas de preparação, como várias camadas e moléculas adicionadas, afetar o desempenho de dispositivos eletrônicos ou fotônicos em potencial.

Embora o siliceno e o germaneno não tenham sido preparados sem a adição de moléculas até agora, os materiais modificados se parecem muito com os materiais 2-D teoricamente previstos. Compreender as propriedades dos materiais modificados é um "bom ponto de partida" para o desenvolvimento de nanomateriais futuros, de acordo com os autores do artigo.

Em última análise, os revisores, liderado por Hideyuki Nakano da Toyota Central R&D Labs no Japão, estão otimistas de que dispositivos eletrônicos e materiais de armazenamento de energia possam ser desenvolvidos usando esses materiais em um futuro próximo.