得益于微芯片的进步，如今的智能手机功能强大，在 20 世纪 90 年代初期甚至堪称超级计算机。但随着人工智能和物联网(物联网是连接智能电网、智能家居等各种设备的庞大网络)的日益普及，新一代微芯片不仅要超越以往的微型化和性能记录，还要比现有技术更节能。
作为这项工作的一部分，伯克利实验室的科学家们正在努力革新晶体管，晶体管是计算机微芯片的基本元件之一，旨在实现卓越的性能和能源效率。最近的研究表明，新型晶体管材料具有利用负电容这一不寻常特性来实现更高效的内存和逻辑设备的潜力。当材料具有负电容时，它可以在较低电压下存储更多电荷，这与传统电容材料的情况正好相反。
现在，一个多学科研究团队已经从原子层面了解了负电容的起源，使他们能够针对特定设备应用增强和定制这种现象。这一进展得益于 FerroX，这是一个开源的3D 模拟框架，该团队专门为研究负电容而设计。他们的工作发表在《先进电子材料》杂志上。
这项工作是多年项目“超低压超 CMOS 微电子联合设计”的一个重要里程碑，该项目旨在设计出比传统硅芯片性能更好、能耗更低的新型微芯片。
虽然材料开发与应用紧密相关并不罕见，但伯克利实验室在微电子研究方面采用的共同设计方法，即从原子层面理解材料特性，并由特定的设备要求来驱动和指导，加强了设备开发各个方面的研究目标之间的联系，并依靠实验室闻名的跨学科团队科学，希望加速从研发到商业化的进程。
“制造新材料需要大量的反复试验。这就像制作新配方。研究人员通常必须在实验室里日夜工作才能改变配方。但使用我们的建模工具 FerroX，您可以使用自己的计算机来定位可能影响负电容效应性能的特定参数，”伯克利实验室应用数学与计算研究部的研究科学家兼这项研究的资深作者 Zhi (Jackie) Yao 说道。
姚期智和第一作者、应用数学与计算研究部博士后学者 Prabhat Kumar 共同领导了微电子联合设计项目的 FerroX 开发。