(Phys.org) —Le graphène est une feuille d'atomes de carbone disposés en nid d'abeilles, juste un seul atome d'épaisseur. Ce pourrait être un meilleur semi-conducteur que le silicium – si nous pouvions le façonner en rubans de 20 à 50 atomes de large. L'ADN pourrait-il aider?

L'ADN est le modèle de la vie. Pourrait-il également devenir le modèle pour fabriquer une nouvelle génération de puces informatiques à base non de silicium, mais sur un matériau expérimental appelé graphène ?

C'est la théorie derrière un processus que le professeur de génie chimique de Stanford, Zhenan Bao, révèle dans Communication Nature .

Bao et ses co-auteurs, anciens post-doctorants Anatoliy Sokolov et Fung Ling Yap, espérer résoudre un problème qui assombrit l'avenir de l'électronique :les consommateurs s'attendent à ce que les puces de silicium continuent de devenir plus petites, plus rapide et moins cher, mais les ingénieurs craignent que ce cercle vertueux ne s'arrête.

Pourquoi a à voir avec le fonctionnement des puces de silicium.

Tout part de la notion de semi-conducteur, un type de matériau qui peut être amené à conduire ou à arrêter le flux d'électricité. Le silicium a longtemps été le matériau semi-conducteur le plus utilisé pour fabriquer des puces.

L'unité de travail de base sur une puce est le transistor. Les transistors sont de minuscules portes qui allument ou éteignent l'électricité, créer les zéros et les uns qui exécutent le logiciel.

Pour construire des puces plus puissantes, les concepteurs ont fait deux choses en même temps :ils ont réduit la taille des transistors et ont également ouvert et fermé ces portes de plus en plus vite.

Le résultat net de ces actions a été de concentrer plus d'électricité dans un espace de plus en plus réduit. Jusqu'à présent, cela a produit de petites, plus rapide, puces moins chères. Mais à un certain moment, la chaleur et d'autres formes d'interférence pourraient perturber le fonctionnement interne des puces de silicium.

"Nous avons besoin d'un matériau qui nous permettra de construire des transistors plus petits qui fonctionnent plus rapidement en utilisant moins d'énergie, " dit Bao.

Le graphène a les propriétés physiques et électriques pour devenir un matériau semi-conducteur de nouvelle génération - si les chercheurs peuvent trouver comment le produire en masse.

Le graphène est une couche unique d'atomes de carbone disposés en nid d'abeille. Visuellement, cela ressemble à du grillage. Électriquement, ce réseau d'atomes de carbone est un conducteur extrêmement efficace.

Bao et d'autres chercheurs pensent que les rubans de graphène, posés côte à côte, pourrait créer des circuits semi-conducteurs. Compte tenu des dimensions minuscules du matériau et des propriétés électriques favorables, les nano rubans de graphène pourraient créer des puces très rapides fonctionnant à très faible puissance, elle a dit.

"Toutefois, comme on peut l'imaginer, faire quelque chose qui n'a qu'un atome d'épaisseur et 20 à 50 atomes de large est un défi important, " a déclaré le co-auteur Sokolov.

Pour relever ce défi, l'équipe de Stanford a eu l'idée d'utiliser l'ADN comme mécanisme d'assemblage.

Physiquement, Les brins d'ADN sont longs et fins, et existent à peu près dans les mêmes dimensions que les rubans de graphène que les chercheurs voulaient assembler.

Chimiquement, Les molécules d'ADN contiennent des atomes de carbone, le matériau qui forme le graphène.

Le vrai truc est de savoir comment Bao et son équipe ont mis en œuvre les propriétés physiques et chimiques de l'ADN.

Les chercheurs ont commencé avec un petit plateau de silicium pour fournir un support (substrat) à leur transistor expérimental. Ils ont plongé le plateau de silicium dans une solution d'ADN dérivé de bactéries et ont utilisé une technique connue pour peigner les brins d'ADN en lignes relativement droites.

Prochain, l'ADN sur le plateau a été exposé à une solution de sel de cuivre. Les propriétés chimiques de la solution ont permis aux ions de cuivre d'être absorbés dans l'ADN.

Ensuite, le plateau a été chauffé et baigné dans du gaz méthane, qui contient des atomes de carbone. Une fois de plus, les forces chimiques sont entrées en jeu pour faciliter le processus d'assemblage. La chaleur a déclenché une réaction chimique qui a libéré une partie des atomes de carbone de l'ADN et du méthane. Ces atomes de carbone libres se sont rapidement réunis pour former des nids d'abeilles stables de graphène.

"Les atomes de carbone libres sont restés près de l'endroit où ils se sont libérés des brins d'ADN, et ainsi ils ont formé des rubans qui ont suivi la structure de l'ADN, " dit Yap.

Ainsi, la première partie de l'invention impliquait l'utilisation d'ADN pour assembler des rubans de carbone. Mais les chercheurs ont aussi voulu montrer que ces rubans de carbone pouvaient effectuer des tâches électroniques. Alors ils ont fait des transistors sur les rubans.

"Nous avons démontré pour la première fois que vous pouvez utiliser l'ADN pour faire croître des rubans étroits et ensuite fabriquer des transistors fonctionnels, " a déclaré Sokolov.

Le document a reçu les éloges du professeur agrégé de l'UC Berkeley, Ali Javey, un expert dans l'utilisation des matériaux avancés et de l'électronique de nouvelle génération.

"Cette technique est tout à fait unique et tire parti de l'utilisation de l'ADN comme modèle efficace pour la croissance contrôlée de matériaux électroniques, " Javey a déclaré. " À cet égard, le projet répond à un besoin de recherche important pour le domaine. "

Bao a déclaré que le processus d'assemblage a besoin de beaucoup de raffinement. Par exemple, tous les atomes de carbone n'ont pas formé de rubans alvéolés d'un seul atome d'épaisseur. À certains endroits, ils se sont regroupés en motifs irréguliers, conduisant les chercheurs à étiqueter le matériau graphitique au lieu de graphène.

Toutefois, le processus, environ deux ans dans la fabrication, pointe vers une stratégie pour transformer ce matériau à base de carbone d'une curiosité en un concurrent sérieux pour succéder au silicium.

"Notre méthode de fabrication basée sur l'ADN est hautement évolutive, offre une haute résolution et un faible coût de fabrication, " a déclaré le co-auteur Yap. " Tous ces avantages rendent la méthode très attrayante pour l'adoption industrielle. "