تحقیق در مورد مهندسان مركز تحقيق مواد پيشرفته

دانلود مستقیم «تحقیق در مورد مهندسان مركز تحقيق مواد پيشرفته» | دسته «عمومی و آزاد» | دریافت فایل از لنز 24 |

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

دسته بندی : وورد

نوع فایل :  .doc ( قابل ويرايش و آماده پرينت )

تعداد صفحه : 8 صفحه


 قسمتی از متن .doc : 

 

مهندسان مركز تحقيق مواد پيشرفته، مشغول مطالعه بر روي يك روش اندازه‌گيري در مقياس‌نانو مي‌باشند كه به آنها اجازه مي‌دهد ساختارهاي نيمه‌هادي جديد را در مقياس اتمي مورد آزمايش قرار دهند، كه مي تواند راهگشاي نسل جديدي از وسايل الكترونيكي باشد.دراين روش جديد از طراحي مدل كامپيوتري به همراه ميكروسكوپي الكترون عبوري بدون انحراف، كه مي‌تواند تا 0.7 آنگستروم را تفكيك كند استفاده مي‌شود. اكثر فواصل بين اتمي در بلورها، مانند سيليكون، كمتر از 0.1 نانومتر (يك آنگستروم) مي‌باشند.توانايي مشاهده ساختارهاي اتمي امكان توليد ساختارهاي نيمه هادي پيشرفته، مثل ترانزيستورهاي اثر ميداني تيغه‌اي (ترانزيستوري كه جريان خروجي آن توسط يك ميدان الكتريكي متناوب كنترل مي‌شود و جايگزين ترانزيستورهاي قديمي خواهد شد) را افزايش مي دهد.داي‌بولد، يکي از اعضاي اين تيم تحقيقاتي مي‌گويد: اصلاح انحراف ميكروسكوپ الكتروني، قدرت تفكيك آن را تغيير داده و پنجره جديدي رو به ساختارهاي اتمي فناوري‌نانو گشوده است. او افزود : با استفاده از مدل ها ما قادر خواهيم بود عكس ها را با دقت بيشتري شبيه سازي كرده و در نتيجه برداشت صحيحي از آنچه نگاه مي كنيم داشته باشيم.دكتر برايان کوچ، استاد مهندسي شيمي دانشگاه تگزاس و مدير اين پروژه، مي‌گويد: هدف اين پروژه به كارگيري نرم‌افزارمنحصر به فرد براي شبيه‌سازي پراش الكتروني مدل‌هاي نانوسيم‌هايي است كه با قطري كمتر از 20 نانومتر، ابعادي شبيه نسل بعدي ورودي و خروجي هاي ترانزيستورها وساختارهاي تيغه‌اي ترانزيستورهاي اثر ميداني دارند. از آنجايي كه نانوسيم‌ها ساختارهاي ساده‌تري دارند، استفاده از آنها به محققان اجازه مي دهد كه روش‌هاي ميكروسكوپي جديد را براي نيازهاي علم اندازه‌گيري در آينده بهبود بخشند.داي‌بولد مي‌گويد: در گذشته علم اندازه گيري، براي همگام شدن با پيشرفت هاي سريع، در درجه بندي نيمه‌هادي‌ها مشكل داشت، ولي امروزه ابزاري در اختيار داريم كه به ما امكان شناخت ساختار سطح، فصل مشترك و ساختارهاي اتمي را به گونه اي كه در قديم امكان پذير نبود مي دهد. همچنين به ما كمك مي كند گام بزرگي در جهت شناخت ساختارهاي وسايل آينده برداريم.مركز تحقيق مواد پيشرفته بر روي جديد ترين مواد و قابليت هايشان براي نسل بعدي نيمه هادي ها مطالعه مي كند، همان گونه كه جديدترين تحقيق در زمينه فناوري نانو، بيوتكنولوژي و ساير فناوري‌هاي پيشرفته را انجام داده است. هدف از تلاش پنج ساله مركز تحقيق مواد پيشرفته تسريع تجاري شدن تحقيقات فناوري‌هاي مهم است كه به عقيده اقتصاد دانان، صنعت، اشتغال و درآمدهاي مالياتي آينده را تامين مي كنند.

 

عبور دادن DNA از یک نانوحفرهمحققان دانشگاه ایلی‌نویز ایالات متحده، از یک میدان الکتریکی برای وارد کردن نیرو به مولکول‌های DNA جهت عبور از یک حفره باریک استفاده نمودند. در نهایت ممکن است این روش برای تعیین مشخصات مکانیکی مجموعه‌های DNA-پروتئین به کار رود.اَلِکسی آکسی‌مِنتیوف یکی از اعضای این تیم تحقیقاتی بیان داشت:« ما در حال توسعه یک ابزار حالت جامد هستیم تا توسط آن بتوانیم توالی تک‌مولکول‌های DNA را در حین عبور از یک حفره نانومتری در یک غشای سیلیکونی تعیین نماییم. هرچه قطر حفره کوچک‌تر باشد، کنترل ما بر روی شکل‌بندی (کنفورماسیون) DNA درون حفره بیشتر بوده و شانس ما برای تعیین توالی نوکلئوتیدهای مولکول‌های DNA (کد ژنتیکی) افزایش می‌یابد.»بنا بر اظهارات آکسی‌مِنتیوف، شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای نشان می‌دهد استفاده از یک میدان الکتریکی قوی، محققان را قادر خواهد ساخت تا بتوانند یک مولکول DNA دو رشته‌‌ای را درون یک محلول از یک حفره کوچک‌تر از قطر مولکول عبور دهند. محققان دریافتند این وضعیت در حقیقت حالت مورد نظر آنها می‌باشد. آنها توانستند یک مولکول DNA دو رشته‌ای را از یک حفره به قطر 5/2 نانومتر عبور دهند. به نظر می‌رسد میدان الکتریکی قادر است مولکول‌های DNA را کشیده و آنها را باریک‌تر نماید. این محققان آزمایشات خود را در یک سل دو بخشی، که هر بخش حاوی الکترولیت کلرید پتاسیم و الکترود Ag/AgCl بود، انجام دادند. آنها با استفاده از اشعه الکترودی، حفره‌هایی در یک غشای نیترید سیلیکونی به ضخامت 10 نانومتر، که دو بخش سل را از هم جدا می‌کرد، ایجاد نمودند. این نانوحفره‌ها قطری معادل یک تا سه نانومتر داشتند. این تیم تحقیقاتی مولکول‌های تک‌رشته‌ای و دو رشته‌ای DNA را در قسمت الکترود منفی محلول وارد کرده و پتانسیلی به دو طرف غشا اعمال نمودند و سپس جریان عبوری از حفره را اندازه‌گیری کردند. عبور مولکول‌های DNA به طور موقتی جریان الکترولیت را مسدود کرد. دانشمندان تخمین می‌زنند که توانسته‌اند در حین عبور DNA از حفره، نیرویی معادل 1-300 pN به آنها وارد نمایند.  

شبیه‌سازی‌های دینامیک مولکولی آزمایشات نشان داد که حد آستانه عبور مولکول‌های DNA دو رشته‌ای، به شعاع حفره و پتانسیل اعمالی در دو طرف غشا بستگی دارد. این نتیجه‌گیری، توسط داده‌های حاصل از آزمایشات نیز تایید شده‌اند.آکسی‌مِنتیوف می‌گوید:«کاربردهای احتمالی این روش می‌تواند شامل ایجاد یک فناوری با کارایی بالا برای اندازه‌گیری نیرو‌های مابین DNA و پروتئین‌ها در یک مجموعه DNA-پروتئین باشد. با اندازه‌گیری زمان جدا شدن پروتئین از DNA (در حین عبور از حفره) با استفاده از نیروهای کششی متفاوت، ما باید بتوانیم انرژی برهمکنش مابین پروتئین و DNA را استنتاج نماییم.» آکسی‌مِنتیوف معتقد است با مشخص شدن موارد غیرمعمول در انرژی پیوندی توسط این روش، می‌توان بیماری‌ها را تشخیص داده و روشی برای درمان آنها پیشنهاد داد.آکسی‌مِنتیوف می‌افزاید:«کاربرد دیگر این روش، ایجاد یک فناوری با کارایی بالا برای توالی‌سنجی DNA می‌باشد. این حقیقت که رشته‌های DNA منفرد می‌توانند در یک حفره یک نانومتری جا شوند، یک محدودیت بالا برای بازهای DNA ایجاد می‌کند. این محدودیت می‌تواند DNA را در مدت زمانی که بتوان نوع نوکلئوتید آن را تعیین کرد، در حفره ثابت نگه دارد. اما این کاربرد هنوز دور از دسترس می‌باشد.»در حال حاضر محققان در حال برنامه‌ریزی بر روی ضبط اثرات الکتریکی مولکول‌های DNA عبوری از یک نانوحفره در یک ویفر سیلیکونی می‌باشند. هدف از این کار درک فرآیندهای نانومقیاسی است که درون حفره اتفاق می‌افتد.

تكنيك‌هاي بهينه‌سازي، چه در فضاي رياضيات پيوسته و چه در فضاي رياضيات گسسته، اثري عميقي بر طراحي مهندسي گذاشته است. در اين مقاله اثر تكنيك‌هاي بهينه‌سازي در مقابله با فضاي نانومحاسبات را در پنج حوزه:

الف) سطوح انرژي پتانسيل (PES)

ب)‌ روش‌هاي كمينه سازي انرژي (الگوريتم‌ها)

ج) مدل‌سازي مرحلة انتقال فاز

د) ساختار بيشترين كمينه

ه) مدل‌سازي مسير برهم‌كنش‌ها

پنج حوزة فوق را در شكل زير ملاحظه مي‌كنيد:

مفاهيم بهينه‌سازي در سطوح انرژي پتانسيل:

گراديان: مشتق اول انرژي نسبت به هندسه (z ,y, x )، كه به نام “نيرو” نيز خوانده مي‌شود. (دقيقاً، گراديان با علامت منفي مفهوم نيرو مي‌دهد)

نقاط سكون : عبارت است از نقاطي بر روي PES كه گراديان (نيرو) صفر است. اين نقاط شامل: حداكثر، حداقل، گذارفاز، و نقاط زيني ” مرتبة بالاترند.

مفاهيم فيزيكي PES:

Hessian: مشتق دوم PES نسبت به هندسه و تشكيل ماتريس نيرو را گويند

“بردار ويژه” و “مقدار ويژه”: قطري كردن ماتريس Hessian، “بردار ويژه” مي‌دهد كه مدهاي نرمال ارتعاش هستند و مقادير ويژه نسبت به مجذور كردن فركانس‌هاي ارتعاشات به دست مي‌آيد.

علامت مشتق دوم:

علامت مشتق دوم براي افتراق ميان MAX و MIN بكار مي‌رود. Min روي PES داراي مقدار ويژه مثبت است (فركانس‌هاي ارتعاشي). MRX يا نقاط زيني (نقاط زيني نقاطي هستند كه داراي جهت MAX از يك جهت و داراي جهت Min از سوي ديگر هستند) داراي يك يا بيشتر فركانس منفي مي‌باشد.مفاهيم فوق را در شكل زير ملاحظه مي‌كنيد.

الگوريتم‌هاي كمينه‌سازي انرژي:

 روش كمينه‌سازي يك متغيره (شكل زير)