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MIT ensina fundamentos em nanoescala para projetar com átomos e moléculas

Em uma tentativa de aprender design com √°tomos e mol√©culas, uma aula pr√°tica ensina aos alunos de gradua√ß√£o os fundamentos da mec√Ęnica qu√Ęntica e da ci√™ncia em nanoescala de dentro do MIT.nano. Os alunos de gradua√ß√£o do MIT est√£o aprendendo sobre os fundamentos da nanoescala, sua ci√™ncia e engenharia, desde √°tomos individuais at√© 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 √°tomos ao design de sistemas

Alunos fazem aula do MIT.nano 6.2540 por mais de nove semanas nos laborat√≥rios, aprendendo t√©cnicas fundamentais que lhes permitem usar seu conhecimento da nanoescala para projetar e construir espectr√īmetros, criar pontos qu√Ęnticos, criar diodos emissores de luz e tunelar sensores qu√≠micos, testar e empacotar seus sensores em monitores e sistemas ativos.

Esse m√©todo de dar vida √† ci√™ncia tem despertado muito interesse entre os alunos de gradua√ß√£o. Dahlia Dry, estudante s√™nior de f√≠sica, disse que o conselho de seu professor sugeriu que o curso demonstrar√° o humor da mec√Ęnica qu√Ęntica. “Ele estava certo. Essa aula era exatamente o que eu, no ensino m√©dio, pensava que seria o MIT, em todos os sentidos‚ÄĚ, 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.

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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.

‚ÄúEsta foi a aula mais fascinante que fiz no MIT, apesar de ser uma √°rea sobre a qual eu nada sabia de antem√£o‚ÄĚ, diz Eric Zhang, estudante do segundo ano do EECS. ‚ÄúIsso abriu meus olhos para todo um campo de pesquisa e engenharia que eu nunca teria conhecido de outra forma.‚ÄĚ

Aprendendo Design com √Ātomos e Mol√©culas

O trabalho de laborat√≥rio a cada semana progride de dispositivos de pequena escala para dispositivos de grande escala, come√ßando em nano e microescala. Microsc√≥pios e espectr√īmetros constru√≠dos pelos alunos s√£o usados ‚Äč‚Äčpara caracterizar os materiais e dispositivos que eles criam ao longo do semestre, depois de terem aprendido sobre as intera√ß√Ķes luz-mat√©ria.

Mais tarde no semestre, eles usam a s√≠ntese qu√≠mica de pontos qu√Ęnticos para examinar o potencial da mec√Ęnica qu√Ęntica e o design de nanomateriais, modificando a cor de sua emiss√£o atrav√©s da manipula√ß√£o de seu tamanho. Na semana seguinte, eles projetam e constroem um LED usando pontos qu√Ęnticos.

Um sensor qu√≠mico de tunelamento qu√Ęntico baseado em composto de pol√≠mero de grafeno √© projetado e fabricado ap√≥s este laborat√≥rio. No laborat√≥rio final, os alunos incorporam um display LED pixelado em um sistema de display de sensor port√°til 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 ci√™ncia, os materiais e os m√©todos que aprenderam em aula e tendo pelo menos um componente menor que 100. nan√īmetros.

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.

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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.