p O progresso no campo de circuitos integrados é medido por correspondência, excedendo, ou ficando para trás da taxa estabelecida por Gordon Moore, ex-CEO e cofundador da Intel, quem disse o número de componentes eletrônicos, ou transistores, por circuito integrado dobraria a cada ano. Isso foi há mais de 50 anos, e surpreendentemente sua previsão, agora chamada de Lei de Moore, tornar-se realidade. p Nos últimos anos, pensava-se que o ritmo havia diminuído; um dos maiores desafios de colocar mais circuitos e energia em um chip menor é gerenciar o calor.

p Um grupo multidisciplinar que inclui Patrick E. Hopkins, professor do Departamento de Engenharia Mecânica e Aeroespacial da Universidade da Virgínia, e Will Dichtel, um professor do Departamento de Química da Northwestern University, está inventando uma nova classe de material com o potencial de manter os chips resfriados à medida que eles diminuem de tamanho - e para ajudar a manter a lei de Moore verdadeira. Seu trabalho foi publicado recentemente em Materiais da Natureza .

p Os materiais de isolamento elétrico que minimizam a diafonia elétrica nos chips são chamados de dielétricos "low-k". Este tipo de material é o herói silencioso que torna possível toda a eletrônica, direcionando a corrente para eliminar a erosão e interferência do sinal; idealmente, ele também pode puxar o calor prejudicial causado pela corrente elétrica para longe do circuito. O problema do calor torna-se exponencial à medida que o chip fica menor, porque não só há mais transistores em uma determinada área, o que faz mais calor na mesma área, eles estão mais próximos, o que torna mais difícil a dissipação do calor.

p "Os cientistas estão em busca de um material dielétrico de baixo k que possa lidar com a transferência de calor e problemas de espaço inerentes em escalas muito menores, "Disse Hopkins." Embora tenhamos percorrido um longo caminho, novos avanços simplesmente não vão acontecer a menos que combinemos as disciplinas. Para este projeto, usamos pesquisas e princípios de vários campos - engenharia mecânica, química, Ciência de materiais, engenharia elétrica - para resolver um problema realmente difícil que nenhum de nós poderia resolver por conta própria. "

p Hopkins é um dos líderes da iniciativa de Integração de Materiais Multifuncionais da UVA Engineering, que reúne pesquisadores de várias disciplinas de engenharia para formular materiais com uma ampla gama de funcionalidades.

p "Ver 'meu' problema através das lentes de outra pessoa em um campo diferente não foi apenas fascinante, também gerou ideias que, em última análise, trouxeram avanços. Acho que todos nós tivemos essa experiência, "disse Ashutosh Giri, um ex-cientista sênior da UVA Engineering e Ph.D. estudante no laboratório de Hopkins, o co-primeiro autor no Materiais da Natureza papel e um mecânico, professor assistente de engenharia industrial e de sistemas na Rhode Island University.

p “O coração do projeto foi quando a equipe química percebeu a funcionalidade térmica de seu material, compreender uma nova dimensão sobre seu trabalho, e quando a equipe mecânica e de materiais entendeu o nível de engenharia molecular possível com a química, "Giri disse.

p "Estamos pegando folhas de polímero com apenas um átomo de espessura - chamamos isso de 2-D - e controlando suas propriedades por camadas das folhas em uma arquitetura específica, "Disse Dichtel.

p "Nossos esforços para melhorar os métodos de produção de filmes de polímero 2-D de alta qualidade possibilitaram esse trabalho colaborativo."

p A equipe está aplicando esta nova classe de material para tentar atender aos requisitos de transistores de miniaturização em um chip denso, Disse Dichtel.

p "Isso tem um enorme potencial para uso na indústria de semicondutores, a indústria que fabrica chips. O material tem baixa condutividade elétrica, ou 'low-k, 'e alta capacidade de transferência de calor, " ele disse.

p Esta combinação de propriedades foi recentemente identificada pelo International Roadmap for Semiconductors como um pré-requisito para circuitos integrados de próxima geração.

p "Para este projeto, estamos nos concentrando nas propriedades térmicas desta nova classe de material, o que é fantástico, mas ainda mais empolgante é que estamos apenas arranhando a superfície, "disse Austin Evans, um Ph.D. estudante no laboratório de Dichtel em Northwestern e primeiro co-autor no Materiais da Natureza papel. “O desenvolvimento de novas classes de materiais com combinações únicas de propriedades tem um potencial tecnológico incrível.

p "Já estamos explorando essa nova classe de materiais para muitas aplicações, por exemplo, detecção química. Podemos usar esses materiais para determinar - "o sentido" - quais produtos químicos e quanto desses produtos estão no ar. Isso tem implicações de amplo alcance. Por exemplo, por saber sobre os produtos químicos no ar, podemos otimizar o armazenamento de alimentos, transporte, e distribuição para reduzir o desperdício global de alimentos. À medida que continuamos explorando, provavelmente encontraremos ainda mais características exclusivas para esses novos materiais, "Evans disse.