Лучший транзистор построили при помощи ДНК

Нити ДНК с присоединёнными ионами меди служат своего рода шаблоном для производства графена

(иллюстрация Анатолий Соколов/Stanford University).

В лаборатории точно на фантастической кухне — учёные готовят микросхемы нового поколения. Блюдо — крошечная пластина из кремния, на которой аккуратно разложены выпрямленные или, как говорят учёные, "расчёсанные" нити ДНК. Манипуляции с газами и растворами, и вот химик-кулинар готов похвастать "аппетитными" с точки зрения микроэлектроники полосками графена.

Идея использовать эту модификацию углерода в качестве материала для новых микросхем не нова. Всё время, сколько существует электроника, производители и потребители мечтают о том, чтобы устройства работали быстрее. Для этого учёные совершенствуют классические полупроводники на основе кремния.

Не секрет, что вычислительные устройства оперируют потоком единиц и нулей, возникающим в результате действий транзисторов — своеобразных ворот, которые могут пропускать или не пропускать электрический ток. Ранее разработчики, условно говоря, старались делать эти ворота меньше и заставляли их открываться и закрываться быстрее.

Однако сегодня кремниевые полупроводники исчерпали себя, и процесс дальнейшей миниатюризации кремниевых микросхем застопорился.

"Нам нужен материал, который позволит строить транзисторы ещё меньшего размера. Они в свою очередь, работая быстрее, будут использовать меньше энергии", — говорит Женан Бао (Zhenan Bao) из университета Стэнфорда.

Такую возможность представляет графен — модификация углерода, которая представляет собой одномерные пластины из атомов углерода, расположенных в кристаллической решётке в виде сот. Предполагается, что ленты из графена шириной от 20 до 50 атомов могут быть лучшим проводником, нежели кремний. Однако производить графеновые транзисторы намного дороже.

Нити ДНК с присоединёнными ионами меди служат своего рода шаблоном для производства графена (иллюстрация Анатолий Соколов/Stanford University).

Профессор Бао в составе группы специалистов из США и Сингапура как раз работает над решением этой проблемы. В статье, опубликованной в журнале Nature Communications, представлен новый способ дешёвого производства графена при помощи молекул ДНК.

Вначале учёные поместили субстрат (пластинку из кремния) в раствор молекул ДНК. Затем, используя технику "расчёсывания" (Chromosome combing), выпрямили нити ДНК, покрывшие субстрат, в параллельные прямые линии.

Далее ДНК на кремниевом "блюде" опустили в раствор, содержащий соли меди. В ходе химической реакции ионы меди присоединились к ДНК. После этого кремниевый субстрат с "медными" ДНК поместили в сосуд, содержащий пары метана (CH4). И ДНК, и метан содержат углерод, при нагревании произошло высвобождение атомов этого элемента.

Расположение нитей ДНК было таковым, что свободные атомы углерода стали создавать стабильные связи между собой и выстраиваться в классическую сотовую структуру. При этом ленты графена располагались сообразно структуре ДНК.

По словам учёных, полученный материал пока не идеален — местами встречаются дефекты, а значит, необходимо внести некоторые поправки в механизм производства. Вместе с тем новый способ намного дешевле и открывает путь для широкого использования графена в качестве полупроводника.

Также по теме:
Графен в сочетании с металлом образует сверхпрочный материал
Удалось вырастить углеродные нанотрубки с заданными характеристиками
Физики поймали рекордное переключение электричества
Физики научились включать и выключать магнитное поле графена
Компания IBM создала процессор на сверхплотном массиве нанотрубок