Elektronik aygıtlar daha fazla karmaşık oldukça ve bu aygıtlardaki bileşenlerin yoğunluğu üstel olarak arttıkça, Moore Yasası’nın sınırlarına gün geçtikçe yaklaşıyoruz. Bu sınırları genişletmek adına yeni bir araştırma gerçekleştirildi ve bu araştırma geleneksel silisyum temelli teknolojilerden çok farklı bir temele dayanıyor: molekül boyutlu bileşenler ve alternatif malzemeler. Bu çerçevede, İsrail’deki Ben-Gurion Üniversitesi ve Georgia Üniversitesi’ndeki araştırmacılar ilk defa tek bir DNA molekülünden yapılan nanoölçekli bir elektronik diyot ürettiler.
Bir diyot bir elektrik devresinde bir yönde akım ileten diğer yönde ise akımı engelleyebilen bir elektronik devre bileşenidir. Alternatif akımı (AC) doğru akıma (DC) dönüştürmede genellikle kullanıldıkları için doğrultucular olarak da bilinen diyotlar elektronik devreler arasında çok geniş bir yelpazede kullanılmaktadırlar ve bunların hemen hemen her çeşit milyonlarcası silisyum çip temellidir. En küçük diyotlarda bile tek bir entegre devre üzerine bunların paketlenme sayısı artık sınırlarına yaklaşmaya başlıyor.
Ucuz olması ve Dünya üzerinde bol bulunması nedeniyle silisyum günümüz elektroniğinin belkemiğini oluşturuyor. Ancak, giderek daha yüksek performanslı ve daha işlevsel elektronik aygıtlara duyduğumuz ihtiyaç nedeniyle bir çip, entegre devre üzerinde daha fazla sayıda elektronik aygıt bileşenine yer açmak gerekiyor. Bu nedenle de bu bileşenlerin boyutlarını olabildiğince düşürmek özellikle son birkaç on yıldır ele alınan önemli araştırma konularından biridir. Bu boyut düşürmeye minyatürleştirme adı da verilmektedir. Ancak bu minyatürleştirme çabaları silisyum temelli teknolojiler için artık bir sona yaklaşıyor. Çünkü biz daha küçük boyutlarda silisyum temelli bir elektronik aygıt üretmeye devam edersek, bu aygıtın performansı kararsız ve öngörülemez hâle gelecek. Yani malzemenin boyutsal sınırlarına ulaşmak üzereyiz. Bu nedenle uzun süredir silisyum yerine kullanılabilecek, onun yerini alabilecek malzemeler üzerine yoğun araştırmalar sürüyor. Son on yıl içerisinde grafen gibi malzemeler ön plana çıktı. Kendi araştırmalarımda da galyum nitrür temelli teknolojiler üzerine çalışıyorum ama aslında ne grafen ne de diğer malzemeler silisyumun yerini alabilecek gibi değil, şimdilik.
İsrail’deki bu üniversitelerde yapılan araştırmalarda ise üretilen elektronik diyot silisyum gibi, germanyum gibi bir (inorganik) malzeme yerine organik yaşamın kendisinin en temel yapıtaşı olan DNA’dan yapıldı.
Normalde elektronik diyotlar p-tipi ve n-tipi katkılı silisyum malzemesinden yapılmaktadır. Bu iki farklı katkılı silisyum malzemesi arasında oluşan p-n eklem diyotun kendisidir. Burada bir yönde elektrik akımı sağlanırken ters yönde de akım engellenmektedir. Yeni gerçekleşen araştırmada bu görevi yerine getirmek için DNA kullanıldı. Ancak bir molekülün ucunu bir devreye bağlamak kadar basit bir konu değil. Görünen o ki, araştırmacılar koralin (İng. coralyne) olarak bilinen en küçük molekülü DNA’ya eklediklerinde DNA’nın bir diyotun özelliklerini sergileyebildiğini ortaya koydular.
Özel olarak tasarlanan tek bir 11 baz çiftli DNA ikilisi (bu bir “kısa” moleküldür) kullanılarak, araştırmacılar koralinle geliştirilmiş molekülü birkaç nanometre uzunluğundaki bir elektronik devresine bağladılar. Böylece DNA boyunca geçen akımın pozitif gerilimlere göre negatif gerilim için 15 kat daha fazla olduğu keşfedildi. Bu ise molekülün bir diyot olarak davrandığını gösteriyor. Diğer taraftan aslında bu 15 oranı, alternatif akımdan doğru akıma çevrilme oranını yansıtmaktadır ve bu değer beklenildiğinden oldukça büyük çıkmıştır. Bu açıdan da söz konusu çalışma önemli sonuçlar içermektedir.
Bu bulgular daha küçük ve daha güçlü elektronik aygıtların önünü açabilir. Yapılan keşif, günümüz elektronik devre bileşenlerinden en az 1000 kat daha küçük boyutlarda nanoölçek elektronik bileşenlerini tasarlanıp geliştirilebileceğini gösteren önemli bir adım oldu.
Araştırmanın sonuçları Nature Chemistry dergisinde yayınlandı.
Gökhan Atmaca, MSc.
Takip: twitter.com/kuarkatmaca
İletişim: facebook.com/anadoluca
Referanslar:
Gizmag
http://www.kuark.org/2013/12/diyotlar/
