Trabalhando para resolver "pontos de acesso" em chips de computador que degradam seu desempenho, Os engenheiros da UCLA desenvolveram um novo material semicondutor, arsenieto de boro sem defeitos, que é mais eficaz na extração e dissipação de calor residual do que qualquer outro semicondutor ou material metálico conhecido.

Isso poderia revolucionar os projetos de gerenciamento térmico para processadores de computador e outros eletrônicos, ou para dispositivos baseados em luz, como LEDs.

O estudo foi publicado recentemente em Ciência e foi liderado por Yongjie Hu, Professor assistente de engenharia mecânica e aeroespacial da UCLA.

Os processadores de computador continuaram encolhendo para tamanhos nanométricos, onde hoje pode haver bilhões de transistores em um único chip. Este fenômeno é descrito pela Lei de Moore, que prevê que o número de transistores em um chip dobrará a cada dois anos. Cada geração menor de chips ajuda a tornar os computadores mais rápidos, mais poderoso e capaz de fazer mais trabalho. Mas fazer mais trabalho também significa que estão gerando mais calor.

Gerenciar o calor na eletrônica tem se tornado cada vez mais um dos maiores desafios na otimização do desempenho. O calor elevado é um problema por dois motivos. Primeiro, conforme os transistores diminuem de tamanho, mais calor é gerado na mesma área. Esta alta temperatura desacelera as velocidades do processador, em particular em "pontos quentes" em chips onde o calor se concentra e as temperaturas sobem. Segundo, muita energia é usada para manter esses processadores resfriados. Se as CPUs não esquentaram tanto em primeiro lugar, então eles poderiam trabalhar mais rápido e muito menos energia seria necessária para mantê-los resfriados.

O estudo da UCLA foi o culminar de vários anos de pesquisa por Hu e seus alunos, que incluíram o design e a fabricação dos materiais, modelagem preditiva, e medições precisas de temperaturas.

O arsenieto de boro livre de defeitos, que foi feito pela primeira vez pela equipe da UCLA, tem uma condutividade térmica recorde, mais de três vezes mais rápido na condução de calor do que os materiais usados ​​atualmente, como carboneto de silício e cobre, de modo que o calor que, de outra forma, se concentraria em pontos críticos é rapidamente dissipado.

"Este material pode ajudar a melhorar muito o desempenho e reduzir a demanda de energia em todos os tipos de eletrônicos, desde pequenos dispositivos até os mais avançados equipamentos de data center de computador, "Hu disse." Ele tem um excelente potencial para ser integrado aos processos de fabricação atuais por causa de suas propriedades de semicondutor e a capacidade demonstrada de expandir essa tecnologia. Ele pode substituir os materiais semicondutores de última geração para computadores e revolucionar a indústria eletrônica. "

Os outros autores do estudo são alunos de graduação da UCLA no grupo de pesquisa de Hu:Joonsang Kang, Man Li, Huan Wu, e Huuduy Nguyen.

Além do impacto para dispositivos eletrônicos e fotônicos, o estudo também revelou novos insights fundamentais sobre a física de como o calor flui através de um material.

"Este sucesso exemplifica o poder de combinar experimentos e teoria na descoberta de novos materiais, e acredito que essa abordagem continuará a expandir as fronteiras científicas em muitas áreas, incluindo energia, eletrônicos, e aplicações fotônicas, "Hu disse.