加州大学的研究人员，以及来自哥伦比亚大学、劳伦斯伯克利国家实验室和华盛顿大学等其他美国机构的研究小组，已经制造出一种完全由碳制成的金属丝，这为进一步研究碳基晶体管以及最终的计算机奠定了基础。

加州大学伯克利分校（UC Berkeley）化学教授费利克斯·菲舍尔（Felix Fischer）说：“保持在同一种材料内，在碳基材料的领域内，这项技术才得以融合在一起，”他指出，用同一种材料制造所有电路元件的能力使制造变得更容易。”这一直是全碳基集成电路面临的主要问题之一。”

加州大学伯克利分校的研究小组几年来一直致力于如何用石墨烯纳米带制造半导体和绝缘体，纳米带是由原子厚的石墨烯构成的一维窄条带。

这种新型碳基金属也是一种石墨烯纳米带，但其设计着眼于在所有碳晶体管的半导体纳米带之间传导电子。费舍尔的同事、加州大学伯克利分校的物理学教授迈克尔·克罗米（Michael Crommie）说，这些金属纳米带是由更小的相同积木组装而成的：一种自下而上的方法。每一个积木都贡献了一个可以沿着纳米带自由流动的电子。

克罗米说：“纳米带使我们能够利用自下而上的方法，从化学上获得广泛的结构，这是纳米管尚不可能实现的。”这使得我们基本上可以将电子缝合在一起，形成金属纳米带，这是以前没有做过的。这是石墨烯纳米带技术领域的重大挑战之一，也是为什么我们对此如此兴奋。”

费舍尔补充说：“我们认为金属丝确实是一个突破；这是我们第一次有意识地用碳基材料制造出一种超窄的金属导体——一种良好的、固有的导体——而不需要外部掺杂。”

根据摩尔定律，基于硅的集成电路几十年来一直以不断提高的速度和性能为计算机提供动力，但它们正在达到速度极限，也就是说，它们在0和1之间切换的速度。降低能耗也变得越来越困难；计算机已经消耗了世界能源生产的很大一部分。费舍尔说，碳基计算机的转换速度可能是硅计算机的数倍，而且只消耗一小部分的电力。

石墨烯是这些下一代碳基计算机的主要竞争者。然而，狭窄的石墨烯带主要是半导体，而挑战在于使它们也能像绝缘体和金属一样工作——两个极端分别是完全不导电的和完全导电的——以便完全用碳来制造晶体管和处理器。

几年前，菲舍尔和克罗米与理论材料科学家、加州大学伯克利分校的物理学教授史蒂文·路易合作，发现了连接小长度纳米带的新方法，以可靠地创造出全范围的导电特性。

两年前，该团队证明，通过正确连接纳米带的短段，每段中的电子可以被安排来创造一种新的拓扑状态——一种特殊的量子波函数——从而产生可调的半导体特性。

在这项新的研究中，他们使用类似的技术将短的纳米带缝合在一起，从而形成一条数十纳米长、仅一纳米宽的金属导线。

这些纳米带是用化学方法制作的，用扫描隧道显微镜在非常平坦的表面成像。简单的热被用来诱导分子发生化学反应并以正确的方式结合在一起。

“它们都是经过精密设计的，因此只有一种方法可以将它们组合在一起。“就像你拿了一袋乐高积木，摇动它，出来的是一辆组装好的汽车，”菲舍尔说这就是用化学方法控制自组装的魔力。”

一旦组装好，新的纳米带的电子状态就是一种金属，正如路易所预测的那样，每一段都产生一个导电电子。

最后的突破可以归因于纳米带结构的微小变化。

克罗米说：“利用化学，我们创造了一个微小的变化，大约每100个原子只有一个化学键发生变化，但这使纳米带的金属性提高了20倍，从实用的角度来看，这对使纳米带成为一种好的金属很重要。”

这两位研究人员正与加州大学伯克利分校的电气工程师合作，将他们的半导体、绝缘和金属石墨烯纳米带组装成可工作的晶体管。

菲舍尔说：“我相信这项技术将彻底改变我们未来制造集成电路的方式。”它将使我们从目前可以预期的硅的最佳性能上迈出一大步。我们现在有了一条以更低的功耗获得更快的交换速度的途径。这正是推动未来发展碳基电子半导体产业的原因。”