Le graphène et les matériaux connexes ont un grand potentiel pour des applications technologiques telles que l'électronique, capteurs, et dispositifs de stockage d'énergie, entre autres. Grâce à leur haute sensibilité de surface, ces matériaux sont une plateforme idéale pour étudier l'interaction entre les assemblages moléculaires à l'échelle nanométrique et les phénomènes électriques macroscopiques.

Les chercheurs du Graphene Flagship ont conçu une molécule qui peut subir des transformations chimiques de manière réversible lorsqu'elle est éclairée par la lumière ultraviolette et visible. Cette molécule –un spiropyrane photocommutable– peut ensuite être ancrée à la surface de matériaux tels que le graphène ou le bisulfure de molybdène, générant ainsi un super-réseau macroscopique hybride à précision atomique. Lorsqu'il est allumé, toute la structure supramoléculaire subit un réarrangement structurel collectif, qui pourrait être directement visualisé avec une résolution inférieure au nanomètre par microscopie à effet tunnel.

Plus important, cette réorganisation induite par la lumière au niveau moléculaire induit de grands changements dans les propriétés électriques macroscopiques des dispositifs hybrides. Les molécules, avec les couches de graphène et les matériaux connexes, peut convertir les événements d'une seule molécule en une action de commutation spatialement homogène qui génère une réponse électrique macroscopique. Cette approche novatrice et polyvalente fait passer l'électronique supramoléculaire au niveau supérieur.

« Grâce à cette nouvelle approche, nous pouvons exploiter la capacité des événements de commutation collective se produisant dans des super-réseaux de molécules photochromiques assemblées sur du graphène et des matériaux associés pour induire une modulation à grande échelle et réversible des propriétés électriques de dispositifs optoélectroniques haute performance, " explique Paolo Samorì, auteur principal de l'article. "Cette technologie pourrait trouver des applications dans la prochaine génération d'électronique intelligente et portable, aux propriétés programmables, " il ajoute.

Samorì explique également comment cette idée d'adapter les super-réseaux moléculaires pourrait générer une grande variété de nouveaux matériaux avec des propriétés ajustables et réactives. "Composez vos fonctions ! Il vous suffit de bien choisir les bonnes molécules, le super-réseau ainsi formé permettra de maximiser le changement de propriétés en réponse à des entrées externes, " il dit.

Vittorio Pellegrini, chercheur à l'IIT et chef de division pour l'énergie, Matériaux composites, et Production au Graphene Flagship, souligne à quel point la recherche est «unique dans la manière dont elle combine le graphène et d'autres matériaux connexes avec des molécules chimiques sensibles à la lumière». Ces arrangements macroscopiques sont des plates-formes prometteuses pour l'optoélectronique. » Pellegrini souligne le potentiel exceptionnel de ces nouvelles découvertes :« le revêtement moléculaire ultra-mince peut être adapté simplement en synthétisant différentes molécules. » De plus, « cette découverte nous conduira au développement d'appareils, car la technique développée par Samorì et son équipe peut être étendue de manière reproductible, " a-t-il ajouté. Samorì est d'accord :" La limite de l'évolutivité est l'accessibilité au graphène ultra-plat et atomiquement précis et aux matériaux associés. "

Ces avancées, rendu possible par l'environnement collaboratif du Graphene Flagship, pourrait conduire à des applications prometteuses dans les capteurs, optoélectronique, et des appareils flexibles. Les chercheurs rêvent désormais d'appareils hybrides multifonctionnels hautes performances sous le contrôle de la source d'énergie la plus abondante et la plus puissante de la nature :la lumière.

Professeur Andrea C. Ferrari, Officier scientifique et technologique du Graphene Flagship, et président de son comité de direction a ajouté :« La chimie supramoléculaire fait partie de la recherche phare depuis le tout début. Au fil des ans, nos partenaires ont amélioré et développé les techniques qui permettent d'interfacer des molécules avec du graphène et des matériaux connexes. Nous sommes maintenant assister à une progression constante vers les applications, comme le montre cet intéressant ouvrage."