(Phys.org) —El grafeno es una hoja de átomos de carbono dispuestos en un patrón de panal, solo un átomo de espesor. Podría ser un mejor semiconductor que el silicio, si pudiéramos convertirlo en cintas de 20 a 50 átomos de ancho. ¿Podría ayudar el ADN?

El ADN es el anteproyecto de la vida. ¿Podría también convertirse en la plantilla para hacer una nueva generación de chips de computadora basados ​​no en silicio? pero ¿en un material experimental conocido como grafeno?

Esa es la teoría detrás de un proceso que el profesor de ingeniería química de Stanford, Zhenan Bao, revela en Comunicaciones de la naturaleza .

Bao y sus coautores, ex becarios postdoctorales Anatoliy Sokolov y Fung Ling Yap, Esperamos resolver un problema que nubla el futuro de la electrónica:los consumidores esperan que los chips de silicio sigan haciéndose más pequeños, más rápido y más barato, pero los ingenieros temen que este círculo virtuoso pueda detenerse.

Por qué tiene que ver con cómo funcionan los chips de silicio.

Todo comienza con la noción de semiconductor, un tipo de material que puede inducirse a conducir o detener el flujo de electricidad. El silicio ha sido durante mucho tiempo el material semiconductor más popular utilizado para fabricar chips.

La unidad de trabajo básica en un chip es el transistor. Los transistores son pequeñas puertas que encienden o apagan la electricidad, creando los ceros y unos que ejecutan software.

Para construir chips más potentes, Los diseñadores han hecho dos cosas al mismo tiempo:han reducido el tamaño de los transistores y también han abierto y cerrado esas puertas cada vez más rápido.

El resultado neto de estas acciones ha sido concentrar más electricidad en un espacio cada vez menor. Hasta ahora eso ha producido pequeños, más rápido, chips más baratos. Pero en cierto momento, el calor y otras formas de interferencia podrían alterar el funcionamiento interno de los chips de silicio.

"Necesitamos un material que nos permita construir transistores más pequeños que funcionen más rápido con menos energía, "Dijo Bao.

El grafeno tiene las propiedades físicas y eléctricas para convertirse en un material semiconductor de próxima generación, si los investigadores pueden descubrir cómo producirlo en masa.

El grafeno es una capa única de átomos de carbono dispuestos en un patrón de panal. Visualmente se parece a una malla de gallinero. Eléctricamente, esta red de átomos de carbono es un conductor extremadamente eficiente.

Bao y otros investigadores creen que las cintas de grafeno, colocados uno al lado del otro, podría crear circuitos semiconductores. Dadas las pequeñas dimensiones del material y las favorables propiedades eléctricas, Las nano cintas de grafeno podrían crear chips muy rápidos que funcionan con muy poca energía, ella dijo.

"Sin embargo, como uno podría imaginar, hacer algo que tenga solo un átomo de espesor y de 20 a 50 átomos de ancho es un desafío significativo, "dijo el coautor Sokolov.

Para manejar este desafío, al equipo de Stanford se le ocurrió la idea de utilizar el ADN como mecanismo de ensamblaje.

Físicamente, Las hebras de ADN son largas y delgadas, y existen aproximadamente en las mismas dimensiones que las cintas de grafeno que los investigadores querían ensamblar.

Químicamente, Las moléculas de ADN contienen átomos de carbono, el material que forma el grafeno.

El verdadero truco es cómo Bao y su equipo ponen en práctica las propiedades físicas y químicas del ADN.

Los investigadores comenzaron con una pequeña bandeja de silicio para proporcionar un soporte (sustrato) para su transistor experimental. Sumergieron el plato de silicio en una solución de ADN derivado de bacterias y utilizaron una técnica conocida para peinar las hebras de ADN en líneas relativamente rectas.

Próximo, el ADN del plato se expuso a una solución de sal de cobre. Las propiedades químicas de la solución permitieron que los iones de cobre fueran absorbidos por el ADN.

A continuación, la fuente se calentó y se bañó en gas metano, que contiene átomos de carbono. Una vez más, las fuerzas químicas entraron en juego para ayudar en el proceso de ensamblaje. El calor provocó una reacción química que liberó algunos de los átomos de carbono en el ADN y el metano. Estos átomos de carbono libres se unieron rápidamente para formar panales estables de grafeno.

"Los átomos de carbono sueltos permanecieron cerca de donde se liberaron de las cadenas de ADN, y así formaron cintas que seguían la estructura del ADN, "Dijo Yap.

Entonces, la primera parte de la invención involucró el uso de ADN para ensamblar cintas de carbono. Pero los investigadores también querían demostrar que estas cintas de carbono podían realizar tareas electrónicas. Entonces hicieron transistores en las cintas.

"Demostramos por primera vez que se puede usar ADN para hacer crecer cintas estrechas y luego hacer transistores que funcionen, "Dijo Sokolov.

El documento recibió elogios del profesor asociado de UC Berkeley, Ali Javey, un experto en el uso de materiales avanzados y electrónica de próxima generación.

"Esta técnica es única y aprovecha el uso de ADN como plantilla eficaz para el crecimiento controlado de materiales electrónicos, ", Dijo Javey." En este sentido, el proyecto aborda una importante necesidad de investigación para el campo ".

Bao dijo que el proceso de ensamblaje necesita mucho refinamiento. Por ejemplo, no todos los átomos de carbono formaron bandas alveolares de un solo átomo de espesor. En algunos lugares se agruparon en patrones irregulares, lo que llevó a los investigadores a etiquetar el material como grafito en lugar de grafeno.

Aún así, el proceso, aproximadamente dos años en la fabricación, apunta hacia una estrategia para convertir este material a base de carbono de una curiosidad en un competidor serio para suceder al silicio.

"Nuestro método de fabricación basado en ADN es altamente escalable, ofrece alta resolución y bajo costo de fabricación, ", dijo el coautor Yap." Todas estas ventajas hacen que el método sea muy atractivo para la adopción industrial ".