Tek bir karbon atomu katmanı olan grafen, elektroniklerin nasıl yapıldığını değiştirebilecek malzeme olarak lanse ediliyor. Ancak elektronik için gerekli formlarda grafen yapmak zordur. Şimdi, Stanford Üniversitesi’nden araştırmacılar, DNA şablonlarını kimyasal olarak düz karbon tabakalarına dönüştürerek grafen yapmak için yeni bir yöntem buldular ve potansiyel olarak bu sınırlamanın üstesinden geldiler.
Grafende karbon atomları altıgen bir yapıda düzenlenmiştir. Bu simetrik yapı iyi bir elektrik iletkenidir. Yine de 10 nanometreden (bir metrenin milyarda biri) daha dar şeritler halinde şekillendirin ve yarı iletken görevi görebilir. Bu ince şeritleri toplu olarak üretebilirsek, çok küçük ve verimli devreler ve transistörler oluşturmak için kullanılabilirler ve potansiyel olarak elektroniği daha ucuz, daha hızlı ve daha küçük hale getirebilirler.
Son yıllarda dar grafen şeritler yapmak için birçok yaklaşım rapor edilmiştir. Bunlar, karbon nanotüplerin sıkıştırılmasından (küçük tüpler halinde bulunan bir karbon şekli) doğru şekli taşıyan bir maskenin varlığında bir grafen tabakasını yakmaya kadar değişir. Grafenin basit başlangıç malzemelerinden kimyasal reaksiyonlar yoluyla yapıldığı yaklaşımlar da tarif edilmiştir. Tüm bu yaklaşımlar, 10 nm’den daha az genişliğe sahip uzun şeritler üretmede sınırlı bir başarı elde etti.
Stanford ekibinin en önemli yeniliği DNA’yı bir şablon olarak kullanmaktı. DNA, doğal kaynaklardan kolayca elde edilebilir ve burada “DNA origami” olarak adlandırılan 3B mimarileri detaylandırmak için gerekli olan dar şeritlerden farklı şekillere kolayca manipüle edilebilir. Ayrıca metanı grafene dönüştürmek için kullanılan bakır katalizör gibi metal iyonlarına da kolayca bağlanır.
Zhenan Bao ve meslektaşları bu bulguları Nature Communications dergisinde rapor ediyor . Moleküler tarama adı verilen bir işlem kullanarak, bakteri DNA’sını silikon bir gofret boyunca genişleterek gerekli şekli oluşturdular. Ekip hem basit şeritler hem de üst üste binen çaprazlar yaptı; prensipte karmaşık devreler bu şekilde tasarlanabilirdi.
DNA yerinde olduğunda, bir bakır nitrat çözeltisine batırılır ve metan ve hidrojen gazlarının varlığında 800-1000 °C’ye ısıtılır. Bu, DNA şablonu şeklinde grafen benzeri bir materyali geride bırakan kimyasal bir reaksiyonu başlatır. DNA’nın karbon olmayan kısımları ve katalizör görevi gören bakır, fırında buharlaşarak saf bir ürün verir. En önemlisi, süreç 10 nm’den daha az genişlikte şeritler oluşturur.
Bazı sınırlamalar var. Grafen şeritleri saf, kristal grafen değildir. Şeridin yaklaşık %15’i, grafenin elektriksel özelliklerinden yoksun olan kristal olmayan karbondan oluşur. Bu, şeritlerin yarı iletken olarak hareket etme yeteneğini azaltır; aslında, şeritlerin içinde rastgele noktalarda yerleşik dirençler vardır. (Bunu vurgulamak için, yazarlar şeritleri grafen benzeri anlamına gelen grafit olarak tanımladılar.)
Buna rağmen, araştırmacılar potansiyel uygulamalarını göstermek için grafit şeritlerden transistörler üretebildiler. Amorf karbonun varlığı, şeritlere iletken olmadan önce yüksek voltaj uygulanması gerektiği anlamına gelir. Bu, grafit malzemenin faydalı ömrünü azaltır ve gelecekteki çalışmalar kesinlikle kimyayı saf grafen üretecek şekilde değiştirmeye odaklanacaktır.
Isıtma sırasında şeritlerin oluşma mekanizması henüz anlaşılamamıştır. Yine de, bu çalışma önemli bir soruna yaratıcı bir çözümdür. İşlem, büyük miktarlarda saf grafen şeritler verecek şekilde geliştirilebilirse, yeni nesil elektronik cihazlar bir adım daha yakın olabilir.