Em uma tentativa de aprender design com átomos e moléculas, uma aula prática ensina aos alunos de graduação os fundamentos da mecânica quântica e da ciência em nanoescala de dentro do MIT.nano. Os alunos de graduação do MIT estão aprendendo sobre os fundamentos da nanoescala, sua ciência e engenharia, desde átomos individuais até sistemas funcionais em escala real.
A aula é ministrada por três professores do EECS: Farnaz Niroui, professor assistente de desenvolvimento de carreira da EE Landsman; Rajeev Ram, professor de engenharia elétrica; e Tayo Akinwande, professor de Engenharia Elétrica e Ciência da Computação Thomas e Gerd Perkins.
Fundamentos em nanoescala: aprendendo dos átomos ao design de sistemas
Alunos fazem aula do MIT.nano 6.2540 por mais de nove semanas nos laboratórios, aprendendo técnicas fundamentais que lhes permitem usar seu conhecimento da nanoescala para projetar e construir espectrômetros, criar pontos quânticos, criar diodos emissores de luz e tunelar sensores químicos, testar e empacotar seus sensores em monitores e sistemas ativos.
Esse método de dar vida à ciência tem despertado muito interesse entre os alunos de graduação. Dahlia Dry, estudante sênior de física, disse que o conselho de seu professor sugeriu que o curso demonstrará o humor da mecânica quântica. “Ele estava certo. Essa aula era exatamente o que eu, no ensino médio, pensava que seria o MIT, em todos os sentidos”, diz ela.
Por isso, projetos de design e módulos laboratoriais semanais são cuidadosamente incluídos nas palestras. Os alunos passam a primeira semana no laboratório aprendendo como trabalhar em uma sala limpa e desenvolvendo as habilidades fundamentais de nanofabricação, processamento e caracterização necessárias para explorar e colocar em prática os conceitos que aprenderam nas aulas, desde a ciência fundamental até a síntese de materiais. , design de dispositivos e integração total de sistemas.
Os alunos de graduação usam fluxos simplificados de engenharia e fabricação para fazer o trabalho sozinhos, em vez de observar a equipe operando o maquinário.
“Esta foi a aula mais fascinante que fiz no MIT, apesar de ser uma área sobre a qual eu nada sabia de antemão”, diz Eric Zhang, estudante do segundo ano do EECS. “Isso abriu meus olhos para todo um campo de pesquisa e engenharia que eu nunca teria conhecido de outra forma.”
Aprendendo Design com Átomos e Moléculas
O trabalho de laboratório a cada semana progride de dispositivos de pequena escala para dispositivos de grande escala, começando em nano e microescala. Microscópios e espectrômetros construídos pelos alunos são usados para caracterizar os materiais e dispositivos que eles criam ao longo do semestre, depois de terem aprendido sobre as interações luz-matéria.
Mais tarde no semestre, eles usam a síntese química de pontos quânticos para examinar o potencial da mecânica quântica e o design de nanomateriais, modificando a cor de sua emissão através da manipulação de seu tamanho. Na semana seguinte, eles projetam e constroem um LED usando pontos quânticos.
Um sensor químico de tunelamento quântico baseado em composto de polímero de grafeno é projetado e fabricado após este laboratório. No laboratório final, os alunos incorporam um display LED pixelado em um sistema de display de sensor portátil usando esses LEDs e sensores de tunelamento.
Os alunos foram divididos em equipes para seus projetos de final de semestre e foram obrigados a projetar e construir algo inteiramente do zero, utilizando a ciência, os materiais e os métodos que aprenderam em aula e tendo pelo menos um componente menor que 100. nanômetros.
Um oxímetro de pulso flexível, células solares tandem baseadas em engenharia band-gap, memristores para computação não convencional de próxima geração, lentes estruturadas inspiradas na natureza para aumentar a eficiência do LED, supercapacitores de grafeno flexíveis para armazenamento de energia solar, células solares tandem baseadas em engenharia band-gap , e um transistor usando materiais 2D atomicamente finos foram todos criados por alunos de graduação durante o semestre do outono de 2022.
Alunos matriculados em 6.2540 têm a oportunidade de apresentar seu trabalho na Microsystems Annual Research Conference (MARC), que é co-patrocinada pelos Microsystems Technology Laboratories e MIT.nano. Isso além de obter experiência prática no uso de ferramentas para engenharia em nanoescala dentro de salas limpas e outros laboratórios do MIT.nano.
