(Phys.org) — Grafen är ett ark av kolatomer ordnade i ett bikakemönster, bara en enda atom tjock. Det skulle kunna vara en bättre halvledare än kisel – om vi kunde göra det till band med 20 till 50 atoms bredd. Kan DNA hjälpa?

DNA är planen för livet. Kan det också bli mallen för att göra en ny generation datorchips baserade på inte kisel, men på ett experimentellt material som kallas grafen?

Det är teorin bakom en process som Stanford kemitekniker Zhenan Bao avslöjar i Naturkommunikation .

Bao och hennes medförfattare, tidigare postdoktorander Anatoliy Sokolov och Fung Ling Yap, hoppas kunna lösa ett problem som grumlar framtiden för elektronik:konsumenterna förväntar sig att kiselchips fortsätter att bli mindre, snabbare och billigare, men ingenjörer fruktar att denna dygdiga cykel kan stanna till.

Varför har att göra med hur silikonchips fungerar.

Allt börjar med begreppet halvledare, en typ av material som kan induceras att antingen leda eller stoppa strömmen av el. Kisel har länge varit det mest populära halvledarmaterialet som används för att tillverka chips.

Den grundläggande arbetsenheten på ett chip är transistorn. Transistorer är små grindar som slår på eller av elektricitet, skapa nollor och sådana som kör programvara.

För att bygga mer kraftfulla marker, designers har gjort två saker samtidigt:de har krympt transistorer i storlek och även svängt dessa portar öppna och stängda snabbare och snabbare.

Nettoresultatet av dessa åtgärder har varit att koncentrera mer elektricitet i ett minskande utrymme. Hittills har det producerat små, snabbare, billigare chips. Men vid en viss tidpunkt, värme och andra former av störningar kan störa kiselchipsets inre funktion.

"Vi behöver ett material som låter oss bygga mindre transistorer som fungerar snabbare med mindre ström, " sa Bao.

Grafen har de fysiska och elektriska egenskaperna att bli nästa generations halvledarmaterial – om forskare kan ta reda på hur man masstillverkar det.

Grafen är ett enda lager av kolatomer arrangerade i ett bikakemönster. Visuellt liknar det kycklingnät. Elektriskt är detta galler av kolatomer en extremt effektiv ledare.

Bao och andra forskare tror att band av grafen, lagda sida vid sida, kan skapa halvledarkretsar. Med tanke på materialets små dimensioner och gynnsamma elektriska egenskaper, grafen nanoband kan skapa mycket snabba chips som körs på mycket låg effekt, Hon sa.

"Dock, som man kan tänka sig, att göra något som bara är en atom tjockt och 20 till 50 atomer brett är en betydande utmaning, " sa medförfattaren Sokolov.

För att hantera denna utmaning, Stanford-teamet kom på idén att använda DNA som en monteringsmekanism.

Fysiskt, DNA -strängar är långa och tunna, och finns i ungefär samma dimensioner som de grafenband som forskarna ville sätta ihop.

Kemiskt, DNA-molekyler innehåller kolatomer, materialet som bildar grafen.

Det verkliga tricket är hur Bao och hennes team använder DNA:s fysikaliska och kemiska egenskaper.

Forskarna började med en liten tallrik kisel för att ge ett stöd (substrat) för deras experimentella transistor. De doppade kiselplattan i en lösning av DNA som härrör från bakterier och använde en känd teknik för att kamma DNA -strängarna till relativt raka linjer.

Nästa, DNA:t på tallriken exponerades för en kopparsaltlösning. Lösningens kemiska egenskaper gjorde att kopparjonerna kunde absorberas i DNA:t.

Därefter värmdes tallriken och badades i metangas, som innehåller kolatomer. Återigen kom kemiska krafter in för att hjälpa till i monteringsprocessen. Värmen utlöste en kemisk reaktion som frigjorde några av kolatomerna i DNA:t och metan. Dessa fria kolatomer gick snabbt samman för att bilda stabila bikakor av grafen.

"De lösa kolatomerna stannade nära där de bröt sig loss från DNA-strängarna, och så bildade de band som följde DNA:ts struktur, " sa jap.

Så del ett av uppfinningen involverade att använda DNA för att sätta ihop band av kol. Men forskarna ville också visa att dessa kolband kunde utföra elektroniska uppgifter. Så de gjorde transistorer på banden.

"Vi visade för första gången att du kan använda DNA för att odla smala band och sedan göra fungerande transistorer, sa Sokolov.

Tidningen fick beröm från UC Berkeley docent Ali Javey, en expert på användning av avancerade material och nästa generations elektronik.

"Denna teknik är mycket unik och drar fördel av användningen av DNA som en effektiv mall för kontrollerad tillväxt av elektroniska material, "Javey sa." I detta avseende tar projektet upp ett viktigt forskningsbehov för området. "

Bao sa att monteringsprocessen behöver mycket förfining. Till exempel, inte alla kolatomer bildade bikakeband med en enda atomtjocklek. På vissa ställen samlades de i oregelbundna mönster, vilket ledde till att forskarna märkte materialet grafit istället för grafen.

Ändå, processen, ungefär två år på gång, pekar mot en strategi för att förvandla detta kolbaserade material från en nyfikenhet till en seriös utmanare för att lyckas med kisel.

"Vår DNA-baserade tillverkningsmetod är mycket skalbar, erbjuder hög upplösning och låg tillverkningskostnad, ", sa medförfattaren Yap. "Alla dessa fördelar gör metoden mycket attraktiv för industriell användning."