p (Phys.org) —Graphene é uma folha de átomos de carbono dispostos em um padrão de favo de mel, apenas um único átomo de espessura. Poderia ser um semicondutor melhor do que o silício - se pudéssemos moldá-lo em fitas de 20 a 50 átomos de largura. O DNA poderia ajudar? p O DNA é o projeto de vida. Poderia também se tornar o modelo para fazer uma nova geração de chips de computador baseados em não silício, mas em um material experimental conhecido como grafeno?

p Essa é a teoria por trás de um processo que o professor de engenharia química de Stanford, Zhenan Bao, revela em Nature Communications .

p Bao e seus co-autores, ex-pós-doutorandos Anatoliy Sokolov e Fung Ling Yap, esperança de resolver um problema que obscurece o futuro da eletrônica:os consumidores esperam que os chips de silício continuem cada vez menores, mais rápido e mais barato, mas os engenheiros temem que esse ciclo virtuoso possa parar.

p O porquê tem a ver com o funcionamento dos chips de silício.

p Tudo começa com a noção do semicondutor, um tipo de material que pode ser induzido para conduzir ou interromper o fluxo de eletricidade. O silício é há muito tempo o material semicondutor mais popular usado para fazer chips.

p A unidade básica de trabalho em um chip é o transistor. Transistores são minúsculas portas que ligam ou desligam a eletricidade, criando os zeros e uns que executam o software.

p Para construir chips mais poderosos, os designers fizeram duas coisas ao mesmo tempo:reduziram o tamanho dos transistores e também abriram e fecharam esses portões cada vez mais rápido.

p O resultado líquido dessas ações foi concentrar mais eletricidade em um espaço cada vez menor. Até agora, isso produziu pequenos, mais rápido, chips mais baratos. Mas em um certo ponto, o calor e outras formas de interferência podem interromper o funcionamento interno dos chips de silício.

p “Precisamos de um material que nos permita construir transistores menores que operem mais rápido usando menos energia, "Bao disse.

p O grafeno tem as propriedades físicas e elétricas para se tornar um material semicondutor de próxima geração - se os pesquisadores puderem descobrir como produzi-lo em massa.

p O grafeno é uma única camada de átomos de carbono organizados em um padrão de favo de mel. Visualmente se assemelha a tela de arame. Eletricamente, essa rede de átomos de carbono é um condutor extremamente eficiente.

p Bao e outros pesquisadores acreditam que as fitas de grafeno, colocado lado a lado, poderia criar circuitos semicondutores. Dadas as pequenas dimensões do material e propriedades elétricas favoráveis, Nano-fitas de grafeno podem criar chips muito rápidos que funcionam com energia muito baixa, ela disse.

p "Contudo, como se pode imaginar, fazer algo com apenas um átomo de espessura e 20 a 50 átomos de largura é um desafio significativo, "disse o co-autor Sokolov.

p Para lidar com este desafio, a equipe de Stanford teve a ideia de usar o DNA como um mecanismo de montagem.

p Fisicamente, As fitas de DNA são longas e finas, e existem aproximadamente nas mesmas dimensões das fitas de grafeno que os pesquisadores queriam montar.

p Quimicamente, As moléculas de DNA contêm átomos de carbono, o material que forma o grafeno.

p O verdadeiro truque é como Bao e sua equipe colocam as propriedades físicas e químicas do DNA para funcionar.

p Os pesquisadores começaram com um pequeno prato de silício para fornecer um suporte (substrato) para seu transistor experimental. Eles mergulharam o prato de silício em uma solução de DNA derivado de bactérias e usaram uma técnica conhecida para pentear as fitas de DNA em linhas relativamente retas.

p Próximo, o DNA da bandeja foi exposto a uma solução de sal de cobre. As propriedades químicas da solução permitiram que os íons de cobre fossem absorvidos pelo DNA.

p Em seguida, a bandeja foi aquecida e banhada em gás metano, que contém átomos de carbono. Mais uma vez, as forças químicas entraram em ação para ajudar no processo de montagem. O calor desencadeou uma reação química que liberou alguns dos átomos de carbono do DNA e do metano. Esses átomos de carbono livres rapidamente se juntaram para formar favos de mel estáveis ​​de grafeno.

p "Os átomos de carbono soltos permaneceram perto de onde se libertaram das fitas de DNA, e assim eles formaram fitas que seguiram a estrutura do DNA, "Yap disse.

p Portanto, a primeira parte da invenção envolvia o uso de DNA para montar fitas de carbono. Mas os pesquisadores também queriam mostrar que essas fitas de carbono podiam realizar tarefas eletrônicas. Então eles fizeram transistores nas fitas.

p "Demonstramos pela primeira vez que você pode usar DNA para fazer crescer fitas estreitas e, em seguida, fazer transistores funcionais, "Sokolov disse.

p O jornal atraiu elogios do professor associado da UC Berkeley, Ali Javey, um especialista no uso de materiais avançados e eletrônicos de última geração.

p "Esta técnica é muito original e aproveita o uso do DNA como um modelo eficaz para o crescimento controlado de materiais eletrônicos, "Javey disse." Nesse sentido, o projeto atende a uma importante necessidade de pesquisa para o campo. "

p Bao disse que o processo de montagem precisa de muito refinamento. Por exemplo, nem todos os átomos de carbono formaram fitas em forma de favo de mel com a espessura de um único átomo. Em alguns lugares, eles se agruparam em padrões irregulares, levando os pesquisadores a rotular o material grafítico em vez de grafeno.

p Mesmo assim, o processo, cerca de dois anos em construção, aponta para uma estratégia para transformar este material à base de carbono de uma curiosidade em um sério candidato ao sucesso do silício.

p "Nosso método de fabricação baseado em DNA é altamente escalável, oferece alta resolução e baixo custo de fabricação, "disse o co-autor Yap." Todas essas vantagens tornam o método muito atraente para adoção industrial. "