Foto: Esta imagen, tomada con un microscopio de fuerza atómica, muestra nanocintas de grafeno alineadas en filas en intersecciones sobre una oblea de silicio. Los investigadores han utilizado ADN para sintetizar y colocar las cintas.

Investigadores de Stanford (EE.UU.) han utilizado ADN como plantilla para sintetizar cintas ultrafinas de grafeno directamente en obleas de silicio. Este nuevo enfoque podría en última instancia conducir a transistores de grafeno que dejen escapar menos corriente y por lo tanto sean más prácticos para la electrónica.

El grafeno, un material de carbono de un solo átomo de grosor descubierto por primera vez en 2004, tiene propiedades electrónicas que lo hacen atractivo para su uso en circuitos integrados. Los electrones se mueven mucho más rápidamente a través del grafeno que del silicio. Pero incluso los mejores transistores de grafeno son poco prácticos para su uso en circuitos ya que el material no tiene banda prohibida, una propiedad de los semiconductores que permite encender y apagar transistores cambiando la cantidad de corriente que circula por ellos. Con los transistores de grafeno, hay muy poca diferencia entre la cantidad de corriente cuando están encendidos frente a cuando están apagados. Esto hace que dejen escapar excesivas cantidades de corriente cuando están apagados.

Sin embargo, tanto un trabajo teórico como varios tipos de evidencia experimental recientes han sugerido que las cintas de grafeno de menos de 10 nanómetros de ancho muestran una banda prohibida. No obstante, es muy difícil sintetizar estructuras de grafeno de tales dimensiones y colocarlas en los lugares exactos necesarios para formar parte de un circuito electrónico. Un grupo liderado por Zhenan Bao, profesora de ingeniería química en Stanford, ha cultivado este tipo de nanocintas de grafeno directamente en obleas de silicio.

Para guiar la colocación y la alineación de las cintas, Bao ha utilizado ADN. Ella y sus colegas revistieron mediante centrifugación sustratos de silicio con una solución que contenía haces de ADN de doble cadena, cuyas dimensiones se pueden ajustar mediante la variación de la composición del buffer en la solución. El proceso da como resultado haces de ADN delgados, de hasta de micrómetros de largo y alineados sobre el sustrato. Después, los investigadores infundieron el ADN con iones de cobre, y lo calentaron a temperaturas muy elevadas en presencia de gas metano e hidrógeno. Se formaron cintas de grafeno de menos de 10 nanómetros de ancho a partir del carbono que había formado parte del ADN y el metano, a través de una reacción catalizada por los iones de cobre. (Bao señala que las cintas no son perfectas, y algunas regiones tienen más de una sola capa de átomos de carbono, por lo que es más preciso referirse a ellas como "grafito"). La investigación se describe en un artículo publicado recientemente en Nature Communications.

El grupo demostró que las cintas se podrían utilizar en transistores operativos. Habrá que mejorar gran parte del método para producir circuitos de alto rendimiento. Pero la demostración, señala Bao, "abre un nuevo camino" que podría conducir a un método para la fabricación de transistores y circuitos de grafeno a gran escala.

El enfoque es "muy inteligente", afirma James Tour, profesor de química en la Universidad de Rice. Tour advierte que los, así llamados, métodos de fabricación 'de abajo a arriba', o ascendentes, como este aún tienen un largo camino por recorrer para producir estructuras de grafeno precisamente donde más se necesiten. "Para la integración en sistemas de gran escala, el enfoque de arriba a abajo, o descendente, tradicional sigue siendo difícil de superar en cuanto a alineación y colocación", concluye.