"Ballistisch transport" - het klinkt als een explosie in de toekomst. En het is.

Door stroken koolstof te fabriceren van slechts één atoom dik en minder dan 15 atomen breed, onderzoekers streven ernaar om "draden" op moleculaire schaal te creëren die informatie duizenden keren sneller kunnen vervoeren dan tegenwoordig mogelijk is.

Gepropt in geïntegreerde schakelingen, deze microscopisch kleine strips, bekend als grafeen-nanoribbons, kunnen met meer dan 10 toenemen, 000 keer het aantal transistors per gebied in computerchips. Het uitzonderlijk snelle stroomtransport langs grafeen nanoribbons zou niet alleen de chipprestaties verbeteren, maar zou de gevoeligheid van sensoren kunnen verfijnen om circuitprestaties of subtiele veranderingen in de omgeving te bewaken.

Pas tien jaar geleden voor het eerst bedacht, nanoribbon-technologie is, natuurlijk, een zeer heet veld. Om met succes de grote belofte van grafeen te benutten, Hoewel, de absolute afmetingen van de nanoribbons en hun interne symmetrie moeten nauwkeurig en voorspelbaar zijn. Variaties in de structuur zorgen voor onzekerheid en inefficiëntie in de prestaties. De fabricagetechnieken van vandaag zijn nog niet aan het werk.

Felix Fischer, een chemicus in Berkeley, gebruikt zijn steun van het Bakar Fellows-programma om een ​​totaal nieuwe en buitengewoon nauwkeurige manier te ontwikkelen om nanolinten te maken.

Fischer is ook een ontvanger van een David en Lucille Packard Foundation Fellowship, dit jaar toegekend aan 16 van de meest innovatieve jonge wetenschappers en ingenieurs van het land.

De geleidbaarheid en andere elektrische eigenschappen van nanolinten worden in wezen bepaald door hun afmetingen. Dit, beurtelings, afgeleid van hun absolute atomaire structuur. Door slechts één of twee koolstofatomen toe te voegen aan een lint van 15 atomen breed, bijvoorbeeld, vermindert het vermogen om te werken bij kamertemperatuur.

De huidige fabricagemethoden zijn afhankelijk van relatief ruwe fysieke middelen om de microscopisch kleine strips te maken - als iets op de schaal van minder dan een miljardste van een inch echt ruw kan worden genoemd.

"De conventionele benadering maakt gebruik van een gefocusseerde straal om nanoribbons uit vellen grafeen te snijden, Fischer zegt. "Je beitel je de structuur die je wilt uit een groter stuk koolstof. Het kan relatief snel, maar je hebt geen nauwkeurige controle over de positie van elk koolstofatoom in het lint.

"We willen nanolinten waarin we precies weten waar elk atoom zich bevindt."

In plaats van fysiek stroken grafeen te boetseren, Fischer verzint ze chemisch. Door nanoribbons te maken van hun moleculaire subeenheden, hij kan de positie en het aantal van elk atoom in het lint regelen en voorspelbare controle over hun prestaties bereiken, hij zegt.

Zijn lab synthetiseert moleculaire bouwstenen gemaakt van ringen van koolstof- en waterstofatomen, vergelijkbaar met de chemische structuur van benzeen. Vervolgens verhitten ze de moleculen om de bouwstenen te verbinden tot lineaire madeliefjesketens. In een tweede verwarmingsstap worden de overtollige waterstofatomen van het koolstofskelet gestript, wat een uniforme ruggengraat van koolstof-koolstofbindingen oplevert.

De atomaire opstelling van het samenstel en het ondersteunende substraat zien eruit als slangenleer of een bandenspoor - zij het op een fenomenaal kleine schaal. Als 10, 000 nanolinten werden naast elkaar geplaatst, ze zouden een structuur vormen die ongeveer zo breed is als een mensenhaar.

Elektronen kunnen in wezen langs het uniforme grafeenlint reizen zonder atomen om hun weg te blokkeren. Door hun rechte baan kunnen ze de stroom duizenden keren sneller over korte afstanden transporteren dan door een traditionele metalen geleider zoals koperdraad.

Dat, beurtelings, betekent dat transistoren veel sneller kunnen worden in- en uitgeschakeld - een van de sleutels tot het verhogen van de snelheid van een circuit.

Fischer heeft ontdekt dat nanolinten kunnen werken als halfgeleiders bij kamertemperatuur als ze tussen de 10 en 20 atomen breed zijn.

"Hoe breder het lint, hoe smaller de band gap (een determinant van elektrische geleiding), "zegt hij. "Als je naar veel bredere gaat, de eigendommen die we nodig hebben, verdwijnen."

De grafeenstrips kunnen veel sneller transport mogelijk maken, opslag, en het ophalen van gegevens dan de huidige halfgeleiders. Hun structuur voert ook de warmte goed af, waardoor computers en andere circuits van grote elektronische apparaten langer en efficiënter kunnen werken.

Achterover leunend in zijn stoel, armen gevouwen achter zijn hoofd en een vrolijke glimlach op zijn gezicht, Fischer vergelijkt zijn interesse in nanolinten met de opwinding van een kind dat ervan droomt astronaut te worden. "Het is ergens zijn waar nog nooit iemand is geweest. In de chemie, je kunt elke dag nieuwe dingen maken. Je wordt alleen beperkt door je verbeeldingskracht en creativiteit."

Hij noemt de vaak aangehaalde wet van Moore die voorspelt dat de prestaties van computerchips elke twee jaar zullen verdubbelen. "Veel fabrikanten zijn bang dat we een plafond bereiken. Je moet bedenken hoe je elektronische apparaten kunt maken die sneller kunnen werken zonder meer warmte te genereren. Deze nanolinten kunnen een sleutel zijn om de Wet van Moore bij te houden."

Die mogelijkheid inbeelden is zeker de eerste stap.