 Графен представляет собой лист из атомов углерода, выстроенных в виде сотового шаблона толщиной в один атом. Он может быть более лучшим полупроводником, чем кремний - если его только удастся вылепить в ленты шириной от 20 до 50 атомов. Может ли в этом помочь ДНК?
ДНК является основой для жизни. Может ли оно также стать шаблоном для создания компьютерных чипов нового поколения, основанные на графене, а не на кремнии? Этой теорией задалась профессор химической технологии Стэнфорд Женан Бао.
Бао и ее коллеги Анатолий Соколов и Фунг Лин Яп, надеются решить проблему будущей электроники: потребители ожидают, что кремниевые чипы, будут продолжать становиться меньше, быстрее и дешевле, но инженеры опасаются, что это эффективный цикл может остановиться.
Все начинается с понятия полупроводника - типа материала, который может проводить или останавливать поток электричества. Кремний уже давно является самым популярным полупроводниковым материалом, используемым для создания микросхем.
Основными рабочими блоками в чипе являются транзисторы. Транзисторы представляют собой крошечные гейты, которые переключают электричество, создавая нули и единицы для работы программного обеспечения.
Чтобы построить более мощные чипы, конструкторы сделали одновременно две вещи: они сократились размеры транзисторов, а также сделали так, чтобы они работали все быстрее и быстрее. Конечным результатом этих действий стало сосредоточение большего количества электроэнергии в уменьшающемся пространстве. Но в определенный момент, тепло и другие формы вмешательства могут нарушить внутреннюю работу кремниевых чипов.
«Нам нужен материал, который позволит нам построить более мелкие транзисторы, которые работают быстрее, при этом используя меньше энергии», сказал Бао.
Графен имеет все необходимые физические и электрические свойства, чтобы стать полупроводниковый материал нового поколения - если только исследователи смогут выяснить, как начать его массовое производство.
Бао и другие исследователи считают, что ленты графена, положенные бок-о-бок, могут создать полупроводниковые схемы. Учитывая крошечные размеры материала и благоприятные электрические свойства, графеновые наноленты могут создавать очень быстрые чипы, которые работают на очень низкой мощности.
Чтобы справиться с этими задачами, команда Стэнфордского университета пришла к идее использования ДНК в качестве механизма сборки. Физически, нити ДНК являются длинными и тонкими, и существуют в примерно тех же размеров, как и графеновых ленты, которые исследователи желают собрать. Химически, молекулы ДНК содержат атомы углерода - материала который образует графен.
Реальной трудностью станет то, как Бао и ее команда смогут сделать физические и химические свойства ДНК работающими.
Исследователи начали с крошечного блюда кремния для обеспечения поддержку (подложки) для их экспериментального транзистора. Они погрузили кремний в раствор ДНК, выделенный из бактерий и использовали известную методику прочесывания нитей ДНК в относительно прямые линий. Затем ДНК воздействию раствора соли меди. Химические свойства раствора позволяют молекулам ДНК поглощать ионы меди.
Затем блюдо нагревали и погружали в метан, содержащий атомы углерода. Тепло вызвало химическую реакцию, которая привела к освобождению некоторых из атомов углерода в ДНК и метане. Эти свободные атомы углерода быстро объединились, чтобы сформировать устойчивые соты графена.
Так что часть изобретения, связанная с использованием ДНК, заключается в сборе лент углерода. Но исследователи также хотели показать, что эти углеродные ленты могут использоваться в электронике. Поэтому они сделали транзисторы на лентах. Они впервые показали, как можно использовать ДНК для создания узких лент, а затем изготовить работающие транзисторы.
По словам Бао, процессу сборки нужно много утонченности. Например, не все из атомов углерода, формировали вафельные ленты толщиной в один атом. В некоторых местах они сгруппировались в нерегулярных шаблонах, что заставило исследователей для обозначения материал как графит, вместо графена. Тем не менее, процесс указывает на стратегии для превращения этого углеродного материала в серьезного конкурента кремнию.
|
