科学家利用DNA构建出具有独特电子特性的石墨烯纳米结构 _美国

据物理学家组织网4月11日（北京时间）报道，美国麻省理工学院和哈佛大学的科学家，利用DNA构建出具有独特电子特性的石墨烯纳米结构，向大规模生产石墨烯电子芯片迈出了非常重要的一步。该研究成果发表在近期《自然·通讯》杂志上。
科学家通过控制DNA序列，操纵分子形成不同折叠形状的DNA纳米结构，以此为模板，可以进而控制无机材料的纳米结构，从而在一个碳原子厚的石墨烯片上形成不同的纳米级图案。
这些DNA纳米结构是采用一种名为DNA单链片的方法在实验室开发出来的。这种人工合成的DNA单链片有点像儿童玩具，每个单链片可以与四个特定的结构相结合，环环相扣，进而可以形成指定形状的DNA纳米结构。目前研究人员利用这种DNA单链片可以构造出100多种复杂的纳米级别的图案。
由于DNA曝露在阳光和氧气下会发生降解，并会与其他分子发生反应，因此不是理想的材料。研究人员遂将编码的DNA结构信息转移到更为稳定的石墨烯上去。首先，研究人员利用氨基比林将DNA固定在石墨烯的表面，然后在DNA的表面涂上银，再在银上面沉淀金。分子表面覆盖了黄金后，就可形成稳定的金属化的DNA，利用等离子体蚀刻技术，可以除掉未被覆盖的石墨烯，形成与DNA原始形状相同的石墨烯结构，最后再利用氰化钠去除金属化的DNA 。
【科学家利用DNA构建出具有独特电子特性的石墨烯纳米结构】研究小组利用这种技术创建了很多种形状，包括环和丝带等。他们发现，尽管大多数的结构信息没有发生变化，但在DNA金属化的过程中会损失一些结构信息，因此该技术不如电子束光刻技术精确。但利用电子束光刻技术构建石墨烯纳米结构，成本高、耗时长、难于规模化生产。
科学家特别感兴趣的结构是石墨烯丝带。它非常窄，可限制材料的电子。石墨烯通常没有能带隙，而这是典型的晶体管所必需的特性。但石墨烯丝带则具有能带隙，所以可以作为电子电路组件。科学家对石墨烯环也非常感兴趣，因为可以利用其作为量子干涉晶体管。
从长远来看，这种DNA纳米结构加工方式有助于研究人员设计和构建石墨烯电子电路。构建石墨烯电子电路一直是科学家的梦想，但如何将纳米线或纳米管这些微小的碳结构放置到石墨烯片上一直是一个无法解决的难点。利用金属化DNA处理石墨烯结构，使这一过程变得十分容易。美国加州大学化学和环境工程系教授罗伯特·哈登认为，这种新方法的概念十分新颖，展现了金属化DNA制备石墨烯电子电路的潜力，必将促进石墨烯纳米电子设备的研究与开发。

科技日报何屹