Kolnanorör har länge varit kända för att ha elektroniska egenskaper överlägsna nuvarande kiselbaserade enheter.
Men svårigheter att manipulera dem har hindrat nanotube-baserade chips.
Experimenten, som rapporteras i Nature Nanotechnology, visar en typ av tvådelad epoxi för att individuellt placera nanorören i hög densitet.
Tävlingen pågår inom halvledarchipsindustrin för att ersätta den nuvarande kiseltekniken - metoder för att göra mindre och därför kommer snabbare enheter snart att möta fysiska gränser för hur liten en kiselenhet kan vara.
Studiemedförfattaren James Hannon, materialforskare vid IBM, sade att det finns få realistiska efterträdare till kiseltronen.
"Problemet är att du måste sätta det i produktion på en 10- eller 15-års tid skala, så kinks måste arbetas ut under de närmaste åren," sade han.
"Om du tittar på alla möjligheter där ute, det finns mycket få som faktiskt har producerat en elektronisk enhet som skulle överträffa kisel - det finns exotiska saker där ute men de är alla fortfarande på "PowerPoint-stadiet".
Även om enskilda nanorör har visat mycket överlägsna hastighets- och energiegenskaper i labbdemonstrationer, har utmaningen varit i så kallad integration - att få miljarder av dem placerade på ett chip med den precision som industrin nu kräver.
Nuvarande chips görs med hjälp av litografi, där stora plattor av kisel är skiktade med andra material av olika elektroniska egenskaper och sedan enheter helt enkelt "laddas ut" med hjälp av en fokuserad stråle av elektroner eller laddade atomer.
För att ta itu med integrationsutmaningen kom Hannon och hans kolleger fram till en lösning - två av dem i själva verket.
Den första var en kemikalie som rockar nanorör och gör dem lösliga i vatten.
Den andra var en lösning som binder till den första kemikalien och till grundämnet hafnium, men inte till kisel.
Teamet använde standardtekniker för att etsa ett mönster av kanaler i hafnium deponerade på kisel.
Sedan helt enkelt "dubbeldoppade" chipet i de två lösningarna - en kemikalie fast vid hafnium, och den andra kemikalien fungerade som den andra delen av en tvådelad epoxy, tätt bundna nanorör till hafnium regioner på chipet men inte till kisel.
Resultatet blev en serie prydligt anpassade nanotube-enheter, som redan är uppkopplade inom mönstret, med en densitet på en miljard per kvadratcentimeter.
"Det är ett nanorör var 150:e eller 200:e (miljarder meter) eller så", förklarade dr Hannon. "Det är inte tillräckligt bra för att göra en mikroprocessor ännu - det är en faktor på 10 bort.
"Men det är en faktor på 100 bättre än tidigare."
Demonstrationen är en "hög förbättring", men Dr Hannon sa att flera frågor återstår att lösa.
De försöker hitta effektivare sätt att sortera genom nanorör - som är tillverkade i en mängd olika storlekar och typer - för att välja i stor mängd och hög noggrannhet den typ som lämpar sig för apparater.
Den etsningsprocess som sätter den ultimata storleken på en transistor på chipet måste också förbättras.
För tillfället har teamet modellerat vad det kan göra med tekniken i sin nuvarande form - ett stort antal transistorer, var och en bestående av sex nanorör fördelade 10 nanometer ifrån varandra.
Deras modeller föreslår ett 10-faldigt hopp i prestanda - ett chip körs på mer än tre gånger frekvensen och konsumerar bara en tredjedel av energin.
Men på längre sikt, nanotube chips skulle köra upp mot samma gränser som kisel ansikten; som Dr Hannon uttrycker det, "vi är begränsade av storleken på en atom så småningom".
"Men detta ger oss åtminstone ett sätt att få prestanda medan krympa enheten."
Forskare har visat metoder som kunde se högre prestanda datorchips gjorda av små sugrör av kol som kallas nanotubes.