Los ingenieros desarrollan el semiconductor mas eficiente del mundo

Los ingenieros desarrollan el semiconductor más eficiente del mundo para la gestión térmica

Al trabajar para solucionar los “puntos conflictivos” en chips de computadora que degradan su desempeño, los ingenieros de UCLA han desarrollado un nuevo material semiconductor, arseniuro de boro sin defectos, que es más efectivo para extraer y disipar el calor residual que cualquier otro semiconductor o material metálico conocido. Esto podría revolucionar los diseños de […]

Al trabajar para solucionar los “puntos conflictivos” en chips de computadora que degradan su desempeño, los ingenieros de UCLA han desarrollado un nuevo material semiconductor, arseniuro de boro sin defectos, que es más efectivo para extraer y disipar el calor residual que cualquier otro semiconductor o material metálico conocido.

Esto podría revolucionar los diseños de gestión térmica para procesadores de computadora y otros dispositivos electrónicos, o para dispositivos basados ​​en luz como LED.

El estudio fue publicado recientemente en Science y fue dirigido por Yongjie Hu, profesor asistente de UCLA de ingeniería mecánica y aeroespacial.

Los procesadores de computadora han seguido reduciéndose a tamaños nanométricos donde hoy en día puede haber miles de millones de transistores en un solo chip. Este fenómeno se describe en la Ley de Moore, que predice que la cantidad de transistores en un chip se duplicará aproximadamente cada dos años. Cada pequeña generación de chips ayuda a que las computadoras sean más rápidas, más potentes y puedan hacer más trabajo. Pero hacer más trabajo también significa que están generando más calor.

La gestión del calor en la electrónica se ha convertido cada vez más en uno de los mayores desafíos para optimizar el rendimiento. El alto calor es un problema por dos razones. Primero, a medida que los transistores disminuyen de tamaño, se genera más calor dentro de la misma huella. Este alto calor ralentiza la velocidad del procesador, en particular en los “puntos de acceso” en los chips donde el calor se concentra y las temperaturas se disparan. En segundo lugar, se usa mucha energía para mantener esos procesadores frescos. Si las CPU no se calientan desde el principio, entonces podrían funcionar más rápido y se necesitaría mucha menos energía para mantenerlas frescas.

El estudio de UCLA fue la culminación de varios años de investigación de Hu y sus alumnos que incluyeron el diseño y la fabricación de materiales, el modelado predictivo y las mediciones de precisión de las temperaturas.

El arseniuro de boro sin defectos, que fue fabricado por primera vez por el equipo de UCLA, tiene una conductividad térmica récord, más de tres veces más rápido en la conducción de calor que los materiales actualmente utilizados, como el carburo de silicio y el cobre, por lo que el calor que de otro modo se concentraría en zonas activas se elimina rápidamente.

Futuros componentes electronicos

Futuros componentes electrónicos que se imprimirán como periódicos

Una nueva técnica de fabricación utiliza un proceso similar a la impresión de periódicos para formar metales más suaves y más flexibles para fabricar dispositivos electrónicos ultrarrápidos. El proceso de bajo costo, desarrollado por investigadores de Purdue University, combina herramientas ya utilizadas en la industria para fabricar metales a gran escala, pero utiliza la velocidad […]

Una nueva técnica de fabricación utiliza un proceso similar a la impresión de periódicos para formar metales más suaves y más flexibles para fabricar dispositivos electrónicos ultrarrápidos.

El proceso de bajo costo, desarrollado por investigadores de Purdue University, combina herramientas ya utilizadas en la industria para fabricar metales a gran escala, pero utiliza la velocidad y precisión de la impresión de rollo a rollo para eliminar un par de barreras de fabricación en la fabricación de productos electrónicos. más rápido de lo que son hoy.

Los teléfonos celulares, computadoras portátiles, tabletas y muchos otros dispositivos electrónicos dependen de sus circuitos metálicos internos para procesar información a alta velocidad. Las técnicas actuales de fabricación de metal tienden a hacer que estos circuitos obtengan una fina lluvia de gotas de metal líquido para pasar a través de una máscara de esténcil en forma de circuito, como si fuesen grafitis en las paredes.

“Desafortunadamente, esta técnica de fabricación genera circuitos metálicos con superficies rugosas, causando que nuestros dispositivos electrónicos se calienten y descarguen sus baterías más rápido”, dijo Ramses Martínez, profesor asistente de ingeniería industrial e ingeniería biomédica.

Los futuros dispositivos ultrarrápidos también requerirán componentes metálicos mucho más pequeños, lo que requiere una resolución más alta para fabricarlos a estos tamaños de nanoescala.

“La formación de metales con formas cada vez más pequeñas requiere moldes con mayor y mayor definición, hasta que se alcanza el tamaño de nanoescala”, dijo Martínez. “Agregar los últimos avances en nanotecnología requiere que modelemos los metales en tamaños que son incluso más pequeños que los granos de los que están hechos. Es como hacer un castillo de arena más pequeño que un grano de arena”.

Este llamado “límite de conformabilidad” dificulta la capacidad de fabricar materiales con resolución a nanoescala a alta velocidad.

Los investigadores de Purdue han abordado estos dos problemas (rugosidad y baja resolución) con un nuevo método de fabricación a gran escala que permite la formación de circuitos metálicos lisos a nanoescala utilizando láseres convencionales de dióxido de carbono, que ya son comunes para el corte y grabado industrial .

Acercandose a la red neuronal artificial completamente optica

Acercándose a la red neuronal artificial completamente óptica

Los investigadores han demostrado que es posible entrenar redes neuronales artificiales directamente en un chip óptico. El avance significativo demuestra que un circuito óptico puede realizar una función crítica de una red neuronal artificial basada en la electrónica y podría conducir a formas menos costosas, más rápidas y más eficientes en cuanto a la energía […]

Los investigadores han demostrado que es posible entrenar redes neuronales artificiales directamente en un chip óptico. El avance significativo demuestra que un circuito óptico puede realizar una función crítica de una red neuronal artificial basada en la electrónica y podría conducir a formas menos costosas, más rápidas y más eficientes en cuanto a la energía para realizar tareas complejas tales como reconocimiento de voz o imagen.

“Utilizar un chip óptico para realizar cálculos de red neuronal de manera más eficiente que con las computadoras digitales podría permitir resolver problemas más complejos”, dijo el líder del equipo de investigación Shanhui Fan de la Universidad de Stanford. “Esto mejoraría la capacidad de las redes neuronales artificiales para realizar las tareas necesarias para los autos sin conductor o para formular una respuesta adecuada a una pregunta hablada, por ejemplo. También podría mejorar nuestras vidas de formas que no podemos imaginar ahora”.

Una red neuronal artificial es un tipo de inteligencia artificial que utiliza unidades conectadas para procesar información de forma similar a la forma en que el cerebro procesa la información. El uso de estas redes para realizar una tarea compleja, por ejemplo el reconocimiento de voz, requiere el paso crítico de entrenar los algoritmos para categorizar las entradas, como las diferentes palabras.

Aunque las redes neuronales artificiales ópticas se demostraron recientemente experimentalmente, el paso de entrenamiento se realizó utilizando un modelo en una computadora digital tradicional y los ajustes finales se importaron en el circuito óptico. En Optica, la revista The Optical Society para investigación de alto impacto, investigadores de la Universidad de Stanford informan un método para entrenar estas redes directamente en el dispositivo mediante la implementación de un análogo óptico del algoritmo ‘backpropagation’, que es la forma estándar de entrenar redes neuronales convencionales.

“El uso de un dispositivo físico en lugar de un modelo de computadora para la capacitación hace que el proceso sea más preciso”, dijo Tyler W. Hughes, primer autor del artículo. “Además, dado que el paso de capacitación es una parte muy costosa desde el punto de vista computacional de la implementación de la red neuronal, realizar este paso de forma óptica es clave para mejorar la eficiencia computacional, la velocidad y el consumo de energía de las redes artificiales”.

Los cientificos desbloquean las propiedades

Los científicos desbloquean las propiedades del nuevo material en 2D

Un nuevo material bidimensional se ha convertido en realidad gracias a un equipo de científicos daneses e italianos. La investigación, dirigida por físicos de la Universidad de Aarhus, tuvo éxito en la primera realización experimental e investigación estructural del disulfuro de vanadio de capa única (VS2). Se publica hoy en la revista Materiales 2D. VS2 […]

Un nuevo material bidimensional se ha convertido en realidad gracias a un equipo de científicos daneses e italianos.

La investigación, dirigida por físicos de la Universidad de Aarhus, tuvo éxito en la primera realización experimental e investigación estructural del disulfuro de vanadio de capa única (VS2). Se publica hoy en la revista Materiales 2D.

VS2 es uno de un grupo diverso de compuestos conocidos como dicalcogénidos de metal de transición (TMD). Muchos de estos pueden asumir una estructura cristalina estratificada a partir de la cual se pueden aislar láminas cristalinas atómicamente delgadas. Las propiedades electrónicas de los cristales de capa única atómica pueden diferir de manera importante de las de los cristales a granel en capas.

La autora principal, la Dra. Charlotte Sanders de la Universidad de Aarhus, explicó la importancia de los nuevos hallazgos: “Los estudios teóricos sugieren que el VS2 de una capa podría presentar una física muy interesante, incluyendo magnetismo y fuertes correlaciones. También podría albergar estados de onda de densidad de carga, como lo hace VS2. Sin embargo, hacer VS2 es difícil y la capa única no se ha realizado con éxito antes de ahora.

“De hecho, el magnetismo en materiales de una sola capa se ha observado recientemente, y todavía es bastante raro. Por lo tanto, la posibilidad de que este material sea magnético es emocionante”.

Para hacer la capa única de VS2, los investigadores evaporaron el vanadio en una superficie limpia de oro a temperatura ambiente. Luego calentaron la muestra en presencia de moléculas que contienen azufre que reaccionan con el vanadio para producir el VS2. El equipo midió las propiedades de las muestras utilizando difracción de electrones de baja energía, microscopía de efecto túnel de barrido y espectroscopía de fotoelectrones de rayos X.

Significativamente, el equipo también descubrió un nuevo e imprevisto compuesto de sulfuro de vanadio. La mayoría de los materiales 2D pueden, en teoría (aunque no necesariamente en la práctica), derivarse de cristales en capas a granel. Sin embargo, no hay material en 3D que tenga una estequiometría y estructura cristalina similar a las del nuevo compuesto, que se forma cuando el VS2 de una capa se agota de azufre por calentamiento.

Excitones llevar la electronica al futuro

Excitones: llevar la electrónica al futuro

Se ha creado un nuevo transistor que funciona eficazmente a temperatura ambiente, un obstáculo hasta ahora insuperable Los excitones podrían revolucionar la forma en que los ingenieros abordan la electrónica. Un equipo de investigadores de EPFL ha creado un nuevo tipo de transistor, uno de los componentes de los circuitos, que utiliza estas partículas en […]

  • Se ha creado un nuevo transistor que funciona eficazmente a temperatura ambiente, un obstáculo hasta ahora insuperable

Los excitones podrían revolucionar la forma en que los ingenieros abordan la electrónica. Un equipo de investigadores de EPFL ha creado un nuevo tipo de transistor, uno de los componentes de los circuitos, que utiliza estas partículas en lugar de electrones. Lo que es notable es que su transistor basado en excitones funciona eficazmente a temperatura ambiente, un obstáculo hasta ahora insuperable. Lo lograron utilizando dos materiales 2D como semiconductores. Su estudio, que fue publicado hoy en Nature, tiene numerosas implicaciones en el campo de la excitónica, una de las nuevas áreas de estudio más prometedoras junto con la fotónica y la espintrónica.

“Nuestra investigación demostró que, manipulando excitones, habíamos encontrado un enfoque totalmente nuevo para la electrónica”, dice Andras Kis, que dirige el Laboratorio de electrónica y estructuras a nanoescala de EPFL (LANES). “Estamos presenciando el surgimiento de un campo de estudio totalmente nuevo, cuyo alcance total aún no conocemos”.

Este avance prepara el escenario para los dispositivos optoelectrónicos que consumen menos energía y son más pequeños y más rápidos que los dispositivos actuales. Además, será posible integrar sistemas de transmisión óptica y de procesamiento electrónico de datos en el mismo dispositivo, lo que reducirá el número de operaciones necesarias y hará que los sistemas sean más eficientes.

Nivel de energía más alto

Los excitones son en realidad cuasipartículas, un término usado para describir la interacción entre las partículas que componen una sustancia dada en lugar de la sustancia misma. Los excitones consisten en un electrón y un agujero de electrones. Los dos se unen cuando el electrón absorbe un fotón y logra un mayor nivel de energía; el electrón “excitado” deja atrás un agujero en el nivel de energía anterior, que, en teoría de bandas, se denomina banda de valencia. Este agujero, también una cuasipartícula, es una indicación del electrón perdido en esta banda.

Como el electrón está cargado negativamente y el orificio está cargado positivamente, las dos partículas permanecen unidas por una fuerza electrostática. Este vínculo entre el electrón y el agujero se llama atracción de Coulomb. Y es en este estado de tensión y equilibrio que forman un excitón. Cuando el electrón finalmente vuelve a caer en el agujero, emite un fotón. Y con eso, el excitón deja de existir. Dicho de manera más simple, un fotón entra en un extremo del circuito y sale por el otro; mientras dentro, da lugar a un excitón que actúa como una partícula.