LEAP-HI: Ultra-Low Power Computing: A Disruptive Approach Through a New Integrated Nanomechanics Framework
LEAP-HI: Ultra-Low Power Computing: A Disruptive Approach Through a New Integrated Nanomechanics Framework
批准号:
1854702
负责人:
Maarten P de Boer
金额:
$200.0万
依托单位国家:
美国
项目类别:
Standard Grant
财政年份:
2019
资助国家:
美国
项目状态:
已结题
起止时间:
2019-08-01 至 2024-07-31
中文摘要
现代社会依赖于微电子计算设备。 微处理器每秒执行数十亿次计算,使互联网,智能手机,笔记本电脑,云计算和数码相机成为可能。虽然微处理器在快速计算方面非常强大,但它们消耗大量能量。 这是因为微处理器中的数十亿个晶体管变得如此之小,以至于即使在关闭时也会泄漏电流。 新一代强大的计算硬件将需要更节能的微处理器。 晶体管是固态开关,没有移动部件。 这个领先的工程为美国的繁荣,健康和基础设施(LEAP-HI)奖支持基础研究,以取代固态晶体管与纳米机械开关,可以打开和关闭,使和断开电接触。 这些触点可以以计算机的速度运行,因为它们的尺寸非常小。 纳米机械开关触点通过垂直于界面施加的纳米牛顿力来操作。 虽然很小,但实际的接触点-纳米级粗糙-受到高应力和高电流密度的影响,产生多种降解途径。 金属材料已被用于制造电接触,但它们最终焊接在一起。这项工作的目的是调查是否硬导电氧化物涂层的金属可以用来克服这种粘附问题。该项目的智力价值在于满足力学,摩擦学和材料开发交叉点的巨大挑战:开发界面系统,不仅实现而且在数十亿至数万亿次接触循环后保持极低和稳定的粘附力和电接触电阻,并且降解最小。 为了实现这一目标,研究小组将进行氧化物导电机制的密度泛函理论计算,以及接触应力的有限元和分子动力学建模。 在实验上,不同的氧化物将使用原子力显微镜进行测试。 有前途的材料系统将被集成到原型纳米机械开关中,其功能将被测试到数万亿次循环。该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的知识价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。
英文摘要
Modern society relies on microelectronic computing devices. Performing billions of calculations per second, microprocessors enable the internet, smart phones, laptop computers, cloud computing and digital cameras. Although microprocessors are extremely powerful when it comes to fast computation, they consume a lot of energy. This is because the billions of transistors in microprocessors have become so small that they leak electrical current even when they are off. New generations of powerful computing hardware will require more energy efficient microprocessors. Transistors are solid state switches with no moving parts. This Leading Engineering for America's Prosperity, Health, and Infrastructure (LEAP-HI) award supports fundamental research to replace solid state transistors with nanomechanical switches that can open and close to make and break an electrical contact. These contacts can operate at the speed of computers because of their incredibly small size. Nanomechanical switch contacts are operated with nanonewton forces applied normal to the interface. Though small, the actual points of contact - nanometer-scale asperities - are subject to both high stress and high current density, creating multiple degradation pathways. Metallic materials have been used to make the electrical contacts, but they eventually weld together. The objective of this work is to investigate whether hard conducting oxide coatings on the metals can be used to overcome this adhesion problem. The intellectual merit of this project is in meeting a grand challenge at the intersection of mechanics, tribology and materials development: to develop interfacial systems that not only achieve but maintain extremely low and stable adhesion and electrical contact resistance after billions to trillions of contact cycles with minimal degradation. To accomplish this, the research team will perform density functional theory calculations of oxide conduction mechanisms, and finite element and molecular dynamics modeling of contact stresses. Experimentally, different oxides will be tested using atomic force microscopy. Promising materials systems will be integrated into prototype nanomechanical switches, and their functionality will be tested up to trillions of cycles.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
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DOI:
10.1063/5.0137456
发表时间:
2023-01
期刊:
Applied Physics Letters
影响因子:
4
作者:
[Xinyi Fang;Mohammad Ayaz Masud;G. Piazza;J. Bain]
通讯作者:
Xinyi Fang;Mohammad Ayaz Masud;G. Piazza;J. Bain
DOI:
10.1002/aelm.202200085
发表时间:
2022-04
期刊:
Advanced Electronic Materials
影响因子:
6.2
作者:
[J. Best;Mohammad Ayaz Masud;M. P. Boer;G. Piazza]
通讯作者:
J. Best;Mohammad Ayaz Masud;M. P. Boer;G. Piazza
DOI:
10.1109/esscirc55480.2022.9911327
发表时间:
2022-09
期刊:
ESSCIRC 2022- IEEE 48th European Solid State Circuits Conference (ESSCIRC)
影响因子:
--
作者:
[Mohammad Ayaz Masud;Luis Hurtado;G. Piazza]
通讯作者:
Mohammad Ayaz Masud;Luis Hurtado;G. Piazza
Sub-300 Millivolt Operation in Nonvolatile 300 nm x 100 nm Phase Change Nanoelectromechanical Switch
非易失性 300 nm x 100 nm 相变纳米机电开关中低于 300 毫伏的运行
DOI:
10.1109/mems49605.2023.10052605
发表时间:
2023
期刊:
IEEE Microelectromechanical Systems
影响因子:
--
作者:
[Masud, Mohammad Ayaz, Piazza, Gianluca]
通讯作者:
Piazza, Gianluca
Creep of Temperature Stabilized Nanocrystalline Metals - a High Throughput Approach
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批准号:1635332
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项目类别:Standard Grant
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资助金额:$42.0万
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财政年份:2016
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负责人:Maarten P de Boer
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依托单位:
DMREF/Collaborative Research: High-Throughput Discovery, Development, and Demonstration of Material Systems to Enable Low-Power NEMS-Based Computation
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批准号:1334572
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项目类别:Standard Grant
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资助金额:$75.0万
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财政年份:2013
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负责人:Maarten P de Boer
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依托单位:
Achieving Theoretical Property Limits in Polymer Nanofibers: Stiffness, Strength and Thermal Conductivity
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批准号:1334630
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项目类别:Standard Grant
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资助金额:$41.05万
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财政年份:2013
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负责人:Maarten P de Boer
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依托单位:
Collaborative Research: Stick-slip Dynamics of Micromachined Interfaces
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批准号:1030322
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项目类别:Standard Grant
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资助金额:$38.14万
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财政年份:2010
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负责人:Maarten P de Boer
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依托单位:
国内基金
海外基金
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HPV相关阴茎鳞状细胞癌Ly6G+GBP5hi巨噬细胞通过炎性外泌体介导免疫抑制微环境的作用和机制研究
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批准号:2026JJ80914
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项目类别:省市级项目
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资助金额:--
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批准年份:2026
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负责人:郭洁
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依托单位:
基于组蛋白H3K18乳酸化修饰调控TREM2hi巨噬细胞研究心肌梗死后修复机制及温阳振衰颗粒干预作用
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批准号:2026JJ81883
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项目类别:省市级项目
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资助金额:--
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批准年份:2026
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负责人:欧阳过
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依托单位:
病毒性肺炎中IL-1通路诱导CXCR4hi中性粒细胞自噬异常升高致肺损伤的机制研究
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批准号:82530002
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项目类别:重点项目
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资助金额:231.00万元
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批准年份:2025
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负责人:曹彬
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依托单位:
骨肉瘤STC2hi/RAMP1hi亚群激活TAM功能演化重塑纤维样肿瘤微环境抑制T细胞功能诱导免疫逃逸的机制研究
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批准号:82572996
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项目类别:面上项目
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资助金额:49.00万元
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批准年份:2025
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负责人:王晨
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依托单位:
硫碘循环制氢中HI分解催化剂的中毒机制及抗中毒性能提升研究
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批准号:QN25E060011
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项目类别:省市级项目
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资助金额:--
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批准年份:2025
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负责人:王丽建
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依托单位:
肺炎克雷伯菌转录因子TNfxB1调控IncFIA(HI1)/IncR杂合质粒持留传播的分子机制
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批准号:32573433
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项目类别:面上项目
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资助金额:50.00万元
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批准年份:2025
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负责人:王晓明
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依托单位:
基于SMRT Hi-C技术的同源染色体识别与配对机制研究
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批准号:
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项目类别:省市级项目
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资助金额:--
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批准年份:2025
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负责人:吴凡
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依托单位:
AI4S视域下“HI-GenAI”人机协同促进原始创新:形成条件与作用机理研究
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批准号:72504254
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项目类别:青年科学基金项目(C类)
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资助金额:30.00万元
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批准年份:2025
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负责人:周佳
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依托单位:
基于法莫替丁调控的Wnt,信号通路及超高b值非高斯扩散模型探讨HI脑损伤分子机制研究
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批准号:--
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项目类别:面上项目
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资助金额:--
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批准年份:2024
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负责人:赵鑫
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依托单位:
基于单细胞测序解析的Ccl3hi中性粒细胞探讨瓜蒌薤白半夏汤改善心肌缺血再灌注损伤的机制研究
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批准号:
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项目类别:省市级项目
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资助金额:--
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批准年份:2024
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负责人:
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依托单位: