Angesichts des steigenden Strom- und Energiebedarfs von Künstlicher Intelligenz haben Ingenieure der Universität Houston ein neuartiges Dünnschichtmaterial entwickelt. Dieses Material könnte die Betriebsgeschwindigkeit von KI-Geräten erheblich erhöhen und gleichzeitig den Energieverbrauch deutlich senken. Dieser bahnbrechende Erfolg, der in der Fachzeitschrift "ACS Nano" veröffentlicht wurde, stellt ein zweidimensionales dielektrisches Dünnschichtmaterial vor, das darauf abzielt, herkömmliche wärmeerzeugende Komponenten in integrierten Schaltkreischips zu ersetzen.

Professor Alamgir Karim von der Universität Houston erklärt: "KI führt zu einem explosionsartigen Anstieg des Energiebedarfs. Viele Rechenzentren sind auf riesige Kühlsysteme angewiesen, um einen Betrieb bei niedrigen Temperaturen aufrechtzuerhalten, was enorme Mengen an Strom verbraucht." Um die Leistung zu steigern und gleichzeitig den Stromverbrauch zu kontrollieren, entwickelten Karims Team und der Postdoktorand Maninderjeet Singh von der Columbia University unter anderem ein elektronisches Material mit niedriger Dielektrizitätskonstante, basierend auf einem Nobelpreis-prämierten metallorganischen Gerüstmaterial. Dieses Material, das aus leichten Elementen wie Kohlenstoff besteht, kann die Signalübertragung beschleunigen, Latenzzeiten verringern und den Energieverbrauch reduzieren.

Das von dem Team synthetisierte neue Material bildet eine hochporöse Kristallstruktur mit ultra-niedriger Dielektrizitätskonstante und ultra-hoher Durchschlagfestigkeit. Karim und Singh berichten, dass dieses Material den Anforderungen von Hochleistungsbauteilen für den Betrieb unter hoher Spannung gerecht wird und selbst bei hohen Temperaturen eine gute thermische Stabilität beibehält. Die Integration von Materialien mit niedriger Dielektrizitätskonstante in integrierte Schaltkreisbauteile könnte den Stromverbrauch von KI-Rechenzentren erheblich senken. Zur Herstellung der Dünnschicht verwendeten Shaffer und Schroeder eine Methode der synthetischen Grenzflächenpolymerisation, um eine robuste kristalline Schichtstruktur zu bilden. Diese Methode wurde vom Nobelpreisträger für Chemie 2025, Omar M. Yaghi, und seinen Kollegen entdeckt.

Weitere Informationen: Maninderjeet Singh et al., Two-Dimensional Covalent Organic Framework Thin Films for Low-Dielectric Constant Materials with High Dielectric Strength and Electrical and Thermomechanical Stability, ACS Nano (2025). DOI: 10.1021/acsnano.4c12345. Journalinformation: ACS Nano