"Trasporto balistico" – suona come un tuffo nel futuro. E questo è.

Fabbricando strisce di carbonio spesse solo un atomo e larghe meno di 15 atomi, i ricercatori mirano a creare "fili" su scala molecolare in grado di trasportare informazioni migliaia di volte più velocemente di quanto sia possibile oggi.

stipati in circuiti integrati, queste strisce microscopiche note come nanonastri di grafene potrebbero aumentare di oltre 10, 000 volte il numero di transistor per area nei chip dei computer. Il trasporto di corrente eccezionalmente veloce lungo i nanonastri di grafene non solo aumenterebbe le prestazioni del chip, ma potrebbe affinare la sensibilità dei sensori per monitorare le prestazioni del circuito o sottili cambiamenti ambientali.

Concepito per la prima volta solo dieci anni fa, la tecnologia dei nanonastri è, Certo, un campo molto caldo. Per sfruttare con successo la grande promessa del grafene, anche se, le dimensioni assolute dei nanonastri e la loro simmetria interna devono essere precise e prevedibili. Le variazioni nella struttura generano incertezza e inefficienza delle prestazioni. Le tecniche di fabbricazione odierne non sono ancora all'altezza del lavoro.

Felix Fisher, un chimico a Berkeley, sta usando il suo supporto dal Bakar Fellows Program per sviluppare un modo totalmente nuovo e straordinariamente preciso per creare nanonastri.

Fischer è anche un destinatario di una David and Lucille Packard Foundation Fellowship, assegnato quest'anno a 16 dei giovani scienziati e ingegneri più innovativi della nazione.

La conduttività e altre proprietà elettriche dei nanonastri sono essenzialmente definite dalle loro dimensioni. Questo, a sua volta, deriva dalla loro struttura atomica assoluta. Aggiungendo solo uno o due atomi di carbonio a un nastro largo 15 atomi, Per esempio, degrada la sua capacità di lavorare a temperatura ambiente.

Gli attuali metodi di fabbricazione si basano su mezzi fisici relativamente grezzi per creare le strisce microscopiche, se qualcosa su una scala inferiore a un miliardesimo di pollice può davvero essere definito grezzo.

"L'approccio convenzionale utilizza un raggio focalizzato per intagliare nanonastri da fogli di grafene, " Dice Fischer. "Scalpelli la struttura che desideri da un pezzo di carbonio più grande. Si può fare in tempi relativamente brevi, ma non hai un controllo preciso sulla posizione di ciascun atomo di carbonio nel nastro.

"Vogliamo nanonastri in cui sappiamo esattamente dove si trova ogni atomo".

Invece di scolpire fisicamente strisce di grafene, Fischer li prepara chimicamente. Creando nanonastri dalle loro subunità molecolari, può controllare la posizione e il numero di ciascun atomo nel nastro e ottenere un controllo prevedibile sulle loro prestazioni, lui dice.

Il suo laboratorio sintetizza blocchi molecolari costituiti da anelli di atomi di carbonio e idrogeno, simile alla struttura chimica del benzene. Quindi riscaldano le molecole per collegare gli elementi costitutivi in ​​catene a margherita lineari. In una seconda fase di riscaldamento gli atomi di idrogeno in eccesso vengono rimossi dallo scheletro di carbonio producendo uno scheletro uniforme di legami carbonio-carbonio.

La disposizione atomica dell'assieme e il suo substrato di supporto sembrano pelle di serpente o tracce di pneumatici, anche se su scala incredibilmente piccola. Se 10, 000 nanonastri sono stati affiancati per formare una struttura larga circa quanto un capello umano.

Gli elettroni possono viaggiare lungo il nastro di grafene uniforme essenzialmente senza che gli atomi blocchino la loro strada. La loro traiettoria diritta consente loro di trasportare la corrente migliaia di volte più velocemente su brevi distanze di quanto farebbero attraverso un conduttore metallico tradizionale come il filo di rame.

Quella, a sua volta, significa che i transistor possono essere accesi e spenti molto più velocemente, una delle chiavi per aumentare la velocità di un circuito.

Fischer ha scoperto che i nanonastri possono funzionare come semiconduttori a temperatura ambiente quando hanno una larghezza compresa tra 10 e 20 atomi.

"Più largo è il nastro, più stretto è il gap di banda (un determinante della conduttanza elettrica), " dice. "Se vai a quelli molto più larghi, le proprietà di cui abbiamo bisogno svaniscono."

Le strisce di grafene potrebbero consentire un trasporto molto più veloce, Conservazione, e il recupero di dati rispetto ai semiconduttori di oggi. La loro struttura dissipa bene anche il calore, che consentirebbe ai computer e ad altri grandi circuiti di dispositivi elettronici di funzionare più a lungo e in modo più efficiente.

Appoggiandosi allo schienale della sua sedia, braccia incrociate dietro la testa e un sorriso allegro sul viso, Fischer paragona il suo interesse per i nanonastri all'eccitazione di un bambino che sogna di diventare un astronauta. "È essere da qualche parte dove nessuno è mai stato prima. In chimica, puoi fare cose nuove ogni giorno. Sei limitato solo dalla tua immaginazione e creatività."

Menziona la legge di Moore, spesso citata, che prevede che le prestazioni dei chip dei computer raddoppieranno ogni due anni. "Molti produttori si sono preoccupati che potremmo raggiungere un limite. Devi pensare a come puoi produrre dispositivi elettronici che possono funzionare più velocemente senza generare più calore. Questi nanonastri potrebbero essere la chiave per stare al passo con la legge di Moore".

Certamente immaginare quella possibilità è il primo passo.