"Ballistisk transport" – det låter som en explosion in i framtiden. Och det är.

Genom att tillverka remsor av kol som endast är en atoms tjocka och mindre än 15 atomer breda, forskare syftar till att skapa "trådar" i molekylär skala som kan bära information tusentals gånger snabbare än vad som är möjligt idag.

Inklämd i integrerade kretsar, dessa mikroskopiska remsor som kallas grafen nanoband kan öka med mer än 10, 000 gånger antalet transistorer per område i datorchips. Den exceptionellt snabba strömtransporten längs grafen nanoband skulle inte bara öka chipprestandan, men skulle kunna förfina sensorernas känslighet för att övervaka kretsprestanda eller subtila miljöförändringar.

föddes först för bara tio år sedan, nanoribbon-teknik är, självklart, ett mycket varmt fält. För att framgångsrikt utnyttja grafens stora löfte, fastän, nanobandens absoluta dimensioner och deras inre symmetri måste vara exakta och förutsägbara. Variationer i struktur genererar prestationsosäkerhet och ineffektivitet. Dagens tillverkningstekniker är ännu inte upp till jobbet.

Felix Fischer, en kemist i Berkeley, använder sitt stöd från Bakar Fellows-programmet för att utveckla ett helt nytt och utomordentligt exakt sätt att skapa nanoband.

Fischer är också mottagare av ett David och Lucille Packard Foundation Fellowship, tilldelas i år 16 av landets mest innovativa unga vetenskapsmän och ingenjörer.

Konduktiviteten och andra elektriska egenskaper hos nanoband definieras i huvudsak av deras dimensioner. Detta, i tur och ordning, härrör från deras absoluta atomstruktur. Att bara lägga till en eller två kolatomer till ett 15-atoms brett band, till exempel, försämrar dess förmåga att arbeta i rumstemperatur.

Nuvarande tillverkningsmetoder förlitar sig på relativt grova fysiska metoder för att skapa de mikroskopiska remsorna – om något i en skala av mindre än en miljarddels tum verkligen kan kallas rått.

"Det konventionella tillvägagångssättet använder en fokuserad stråle för att skära nanoband från ark av grafen, " Fischer säger. "Du mejslar ut strukturen du vill ha från en större bit kol. Det kan göras relativt snabbt, men du har inte exakt kontroll över positionen för varje kolatom i bandet.

"Vi vill ha nanoband där vi vet exakt var varje atom är."

Istället för att fysiskt skulptera remsor av grafen, Fischer kokar ihop dem kemiskt. Genom att skapa nanoband från deras molekylära underenheter, han kan kontrollera positionen och antalet för varje atom i bandet och uppnå förutsägbar kontroll över deras prestanda, han säger.

Hans labb syntetiserar molekylära byggstenar gjorda av ringar av kol- och väteatomer, liknande bensens kemiska struktur. De värmer sedan molekylerna för att länka byggstenarna till linjära daisy-chains. I ett andra uppvärmningssteg avlägsnas överskottet av väteatomer från kolskelettet, vilket ger en enhetlig ryggrad av kol-kolbindningar.

Församlingens atomarrangemang och dess stödjande substrat ser ut som ormskinn eller ett däckspår – dock i fenomenalt liten skala. Om 10, 000 nanoband placerades sida vid sida, de skulle bilda en struktur ungefär lika bred som ett människohår.

Elektroner kan färdas längs det enhetliga grafenbandet i huvudsak utan atomer som blockerar deras väg. Deras raka bana gör det möjligt för dem att transportera ström tusentals gånger snabbare över korta avstånd än de skulle göra genom en traditionell metallledare som koppartråd.

Den där, i tur och ordning, innebär att transistorer kan slås på och av mycket snabbare – en av nycklarna till att öka en krets hastighet.

Fischer har funnit att nanoband kan fungera som rumstemperaturhalvledare när de är mellan 10 och 20 atomer breda.

"Ju bredare band, desto mindre bandgap (en bestämningsfaktor för elektrisk konduktans), " säger han. "Om du går till mycket bredare, egenskaperna vi behöver flödar ut."

Grafenremsorna kan möjliggöra mycket snabbare transport, lagring, och hämtning av data än vad dagens halvledare kan. Deras struktur leder också bort värmen bra, vilket skulle göra det möjligt för datorer och andra stora elektroniska enheter att fungera längre och mer effektivt.

Lutar sig tillbaka i sin stol, armarna korsade bakom hans huvud och ett glatt leende på läpparna, Fischer liknar sitt intresse för nanoband med spänningen hos ett barn som drömmer om att bli astronaut. "Det är någonstans där ingen har varit tidigare. Inom kemi, du kan göra nya saker varje dag. Du är bara begränsad av din fantasi och kreativitet."

Han nämner den ofta citerade Moores lag som förutspår prestandan för datorchips att fördubblas vartannat år. "Många tillverkare har oroat sig för att vi kanske slår i taket. Du måste tänka på hur du kan producera elektroniska enheter som kan arbeta snabbare utan att generera mer värme. Dessa nanoband kan vara en nyckel till att hålla jämna steg med Moores lag."

Att föreställa sig den möjligheten är verkligen det första steget.