Dans une revue de perspective écrite pour Nature, Sir Andre et Dr Irina Grigorieva, de l'Université de Manchester, discuter de la façon dont les matériaux en couches peuvent être divisés en plans atomiques isolés, puis réassemblés dans une séquence choisie intelligemment pour créer un nouveau type de matériaux et de structures qui n'existent pas dans la nature.
Les auteurs soulignent qu'en plus du graphène, il existe de nombreux autres cristaux d'un atome ou d'une molécule d'épaisseur. Ceux-ci incluent des monocouches de nitrure de bore (autrement connu sous le nom de « graphène blanc ») et de bisulfure de molybdène qui sont déjà bien caractérisés et ont attiré une attention considérable de la part des universités et de l'industrie. La recherche de cristaux plus minces atomiquement se développe rapidement.
Les matériaux de type graphène promettent une gamme de leurs propres applications mais, en isolement, il est peu probable qu'ils offrent les mêmes propriétés remarquables que le graphène lui-même - le plus fin au monde, matériau le plus solide et le plus conducteur.
Le développement le plus excitant suggéré, prouvé et maintenant examiné par des chercheurs de l'Université de Manchester créait des « Lego atomiques » ; empiler ces matériaux atomiquement minces dans des hétérostructures et des matériaux artificiels afin que les propriétés résultantes puissent être contrôlées et manipulées. De tels matériaux réalisés avec un seul plan de précision ne pouvaient être réalisés par aucune technique connue auparavant.
Les structures combinatoires ont la capacité d'aller au-delà de la longue liste de superlatifs du graphène et de créer des applications et des dispositifs qui, jusqu'à maintenant, n'ont existé que dans la science-fiction. Par exemple, l'échelle atomique Lego a déjà été utilisée pour améliorer la qualité électronique du graphène et fabriquer des transistors en graphène avec des rapports on-off élevés adaptés aux circuits intégrés.
Actuellement, des structures multicouches sophistiquées sont assemblées dans les laboratoires universitaires en quelques jours par assemblage manuel sous un microscope optique. Cela suffit pour rechercher les combinaisons les plus prometteuses visant une application particulière. Dans le futur, cet assemblage peut être réalisé sur une base industrielle automatisée en utilisant des machines similaires à celles qui produisent actuellement des rouleaux de graphène de plusieurs centaines de mètres de long.
Sir Andre a déclaré:"Je pense que ce nouveau domaine de recherche sera aussi grand que le graphène lui-même. Il est déjà clair que le graphène combiné à d'autres matériaux atomiquement minces présente des propriétés meilleures ou différentes des siennes.
"En raison de la quantité de possibilités de combiner ces matériaux de type graphène ensemble dans des hétérostructures est pratiquement illimitée, il doit y avoir de nouveaux matériaux avec des propriétés uniques dont personne n'a encore rêvé. Nous avons l'embarras du choix."
Le Dr Grigorieva a ajouté :"Avec tant de cristaux de type graphène, nous ne sommes limités que par notre imagination pour les combiner. C'est une période très excitante pour être un scientifique des matériaux et explorer cette terra incognito de matériaux que vous pouvez littéralement concevoir, puis créer vous-même couche par couche."
