ДНК – проект жизни. Это могло также стать шаблоном для того, чтобы сделать новое поколение компьютерных микросхем базирующимся не на кремнии, а на экспериментальном материале известный как графен?Это – теория позади процесса, что Стэнфордский преподаватель химического машиностроения Чжэньань Бао показывает по своей природе Коммуникации.
Бао и ее соавторы, бывшие постдокторанты Анатолий Соколов и Фун Лин Яп, надеются решить проблему, омрачающую будущее электроники: потребители ожидают, что кремниевые чипы продолжат становиться меньшими, быстрее и более дешевыми, но инженеры боятся, что этот цикл везения мог остановиться.Почему имеет отношение, как работают кремниевые чипы.
Все начинается с понятия полупроводника, типа материала, который может быть вызван или провести или остановить поток электричества. Кремний долго был самым популярным полупроводниковым материалом, используемым, чтобы сделать жареный картофель.Основная рабочая единица на чипе – транзистор. Транзисторы – крошечные ворота, которые включают электричество или прочь, создавая ноли и, которые управляют программным обеспечением.
Чтобы построить более сильный жареный картофель, проектировщики сделали две вещи в то же время: они сократили транзисторы в размере и также качали те открытые ворота и закрылись быстрее и быстрее.Конечный результат этих действий состоял в том, чтобы сконцентрировать больше электричества в уменьшающемся космосе. До сих пор это произвело маленький, более быстрый, более дешевый жареный картофель. Но в определенный момент, тепло и другие формы вмешательства могли разрушить внутренние работы кремниевых чипов.
«Нам нужен материал, который позволит нам построить транзисторы меньшего размера, которые управляют более быстрым использованием меньшего количества власти», сказал Бао.У графена есть физические и электрические свойства стать полупроводниковым материалом следующего поколения – если исследователи могут выяснить, как выпускать серийно его.Графен – единственный слой атомов углерода, устроенных в сотовидном образце. Визуально это напоминает проволочную сетку.
Электрически эта решетка атомов углерода – чрезвычайно эффективный проводник.Бао и другие исследователи полагают, что ленты графена, положенного бок о бок, могли создать полупроводниковые схемы. Учитывая крошечные размеры материала и благоприятные электрические свойства, графеновые ленты нано могли создать очень быстрый жареный картофель, который работает на очень малой мощности, сказала она.
«Однако как можно было бы предположить, делая что-то, что является только одним толстым атомом, и 20 – 50 широких атомов значительная проблема», сказал соавтор Соколов.Чтобы обращаться с этой проблемой, Стэнфордская команда придумала идею использовать ДНК в качестве механизма собрания.Физически, нити ДНК длинные и тонкие, и существуют в примерно тех же самых размерах как графеновые ленты, которые исследователи хотели собрать.
Химически, Молекулы ДНК содержат атомы углерода, материал, который формирует графен.Реальная уловка – то, как Бао и ее команда помещают физические и химические свойства ДНК работать.Исследователи начали с крошечного блюда кремния оказывать поддержку (основание) для их экспериментального транзистора.
Они опустили кремниевое блюдо в раствор ДНК, полученной из бактерий, и использовали известную технику, чтобы расчесать нити ДНК в относительно прямые линии.Затем, ДНК на блюде была подвергнута воздействию медного соляного раствора. Химические свойства решения позволили медным ионам быть поглощенными в ДНК.Затем блюдо было нагрето и купалось в газе метана, который содержит атомы углерода.
Еще раз химические силы играли роль, чтобы помочь в процессе собрания. Тепло зажгло химическую реакцию, которая освободила некоторые атомы углерода в ДНК и метане. Эти свободные атомы углерода быстро объединились, чтобы сформировать стабильные соты графена.«Свободные атомы углерода остались близко к тому, где они вырвались на свободу от нитей ДНК, и таким образом, они сформировали ленты, которые следовали за структурой ДНК», сказал Лай.
Таким образом, часть первая изобретения включила использование ДНК, чтобы собрать ленты углерода. Но исследователи также хотели показать, что эти ленты могли выполнить электронные задачи. Таким образом, они сделали транзисторы на лентах.
«Впервые мы продемонстрировали, что Вы можете использовать ДНК, чтобы вырастить узкие ленты и затем сделать рабочие транзисторы», сказал Соколов.Бумага привлекла похвалу от адъюнкт-профессора УКА Беркли Али Джейви, эксперта в использовании продвинутых материалов и электроники следующего поколения.
«Эта техника очень уникальна и использует в своих интересах использование ДНК как эффективный шаблон для роста, которым управляют, электронных материалов», сказал Джейви. «В этом отношении проект обращается к важной потребности исследования в области».Бао сказал, что для процесса собрания нужна большая обработка.
Например, не все атомы углерода сформировали испещренные ленты единственный толстый атом. В некоторых местах они связали в неправильных образцах, принудив исследователей маркировать материал graphitic вместо графена.Несмотря на это, процесс, приблизительно два года в процессе создания, указывает на стратегию превращения этого основанного на углероде материала от любопытства в серьезного соперника, чтобы следовать за кремнием.«Наш основанный на ДНК метод фальсификации хорошо масштабируемый, высокое разрешение предложений и низкая стоимость производства», сказал Лай соавтора. «Все эти преимущества делают метод очень привлекательным для промышленного принятия».
Эксперимент был поддержан частично Национальным научным фондом и Стэнфордским Мировым климатом и энергетической Программой.