Учебно-методический комплекс по дисциплине наименование дисциплины Микро- и наносистемы в технике и технологии Рекомендуется для направления подготовки

Скачать 0.51 Mb.

Название	Учебно-методический комплекс по дисциплине наименование дисциплины Микро- и наносистемы в технике и технологии Рекомендуется для направления подготовки
страница	1/4
Тип	Учебно-методический комплекс

rykovodstvo.ru > Руководство эксплуатация > Учебно-методический комплекс

1 2 3 4

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ПО ДИСЦИПЛИНЕ

Наименование дисциплины

Микро- и наносистемы в технике и технологии

Рекомендуется для направления подготовки

222900 – «Нанотехнологии и микросистемная техника»

Магистерские специализации

«Инженерно – физические технологии в наноиндустрии»

Квалификация (степень) выпускника магистр

Москва 2012

Курс предназначен для первоначального знакомства слушателей с научным инструментарием (физико-химия, материалы, методы) нанотехнологии

Нанотехнология - системообразующая основа конвергентного перехода к 6-му технологическому укладу. Нанофизика, нанохимия, нанобиология, наноматериалы –это научный фундамент такого перехода. Процессы самоорганизации в живой и неживой природе – это примеры для подражания. Парадоксы квантового мира-это источник удивительных идей для построения науки и индустрии будущего. Потребность в применении междисциплинарных знаний – естественный стимул для смиренного изучения линейной, спинорной и тензорной алгебры, освоения базовых сведений, которые должны помочь понимать физические тексты.

Осознание конвергентной специфики нанотехнологии в условиях информационного взрыва требует интегрированного подхода к Интернету, литературным источникам, периодике. Для самостоятельной работы над курсом рекомендуются книги [1-4], Интернет – источники [5,6], использование поисковых систем, помогающих освоить понятия, становящиеся междисциплинарными.

СОДЕРЖАНИЕ

ЧАСТЬ 1. ТЕКСТЫ ЛЕКЦИЙ

Раздел 1. ВВЕДЕНИЕ. ЗАГАДОЧНЫЙ НАНОМИР

1.1.НАНОРАЗМЕРНЫЙ МИР

В этом мире всё необычно.

Шаровая молния, наноракета.

Наноматериалы.

Третья координата.
1.2.МОНОАТОМНЫЕ НАНОМАТЕРИАЛЫ

Графен.

Силицен -2D кремний.

Другие моноатомные материалы.
1.3. КВАНТОВАЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИКА И 2D МАТЕРИАЛЫ.

Фермионы Дирака.

Квантовая электродинамика.
1.4. ПРАКТИЧЕСКАЯ КЭД. ПРИМЕРЫ

Классический эффект Холла.

Квантовый эффект Холла (КЭХ).
1.5. НАНОМИР, ЗЕМЛЯ, ВСЕЛЕННАЯ

Непрозрачность.

Постоянная тонкой структуры (ПТС).

Взгляд во Вселенную.

Константы α, с медленно меняются !

Графен и теория струн.
1.6. ПРОВОДИМОСТЬ НАНОРЕЗИСТОРА

Эксперимент.

Простой приём вычисления.

Плотность тока в нанорезисторах.
Раздел 2. ОСОБАЯ РОЛЬ ГРАФЕНА

Прародитель форм. Глава семейства.

Прародитель химических модификаций.

Квазичастицы в новом ракурсе.

Взаимодействие атомов в графене.

Интеграл перекрытия.

Двухдолинный полуметалл.

Спин и псевдоспин носителей тока.

Амбиполярность.
Раздел 3. ВОЛНОВЫЕ УРАВНЕНИЯ

Операторы квантовой физики.

Дуализм.

Волновая функция.

Волновое уравнение Шредингера.

Частица во времени.

Пространственная волна.

От классики к релятивизму.

Лоренц – инвариантность.

Уравнение Клейна – Гордона.

Гипотетический гамильтониан.

Модификация.

Конструирование уравнения Дирака.

Конструирование коэффициентов.

Условия для коэффициентов α .

Античастицы.

Общее уравнение Дирака (1928).
Раздел 4. МАТРИЦЫ И ФЕРМИОНЫ ДИРАКА

Альфа –матрицы Дирака.

Матрицы Паули.

Эрмитовость.

Комплексные и комплексно - сопряженные величины как матрицы.

Комплексное число и матрицы Паули.

Перемножение матриц.

Применение матриц Паули.

Особенности матриц.

Матрица квадрата модуля (нормы) вектора.

Квантовый парадокс.

У квантовых парадоксов есть авторы.

Скалярное произведение векторов.

Матрица сопряжённых Набла – векторов.

Преобразование поворота.

Составление матриц поворота.

Повороты в трёхмерном пространстве (Паули).

Изменение знака φ в U – матрицах поворота.

Любое число поворотов –Паули.

Кватернион.

Векторный кватернион.

Упразднение половинных углов.

Три векторных кватерниона.

Работа половинных углов..

Преобразования кватернионов.

Алгебраические свойства мнимых единиц.

Как обращаться с уравнением Дирака?

Возможности упрощений.

Зоопарк квазичастиц.

Гамильтониан графена

Множественность матричного преобразования

Система 2-х уравнений.

Преобразование уравнений.

Решение системы уравнений.

Непрерывный линейный спектр.

Волновая функция для К – долины.
Раздел 5. НАНОУГЛЕРОД

Углерод и его наноаллотропы.

Наноуглерод.

Невозможное стало осуществимым.

Четыпе орбитали.

Неоднородности в гексагональныз сетках.

Графеновые наноленты.

Кромки гексагональных сеток.

Идеальные наноленты

Условие.

Маркированный образец с двумя типами кромок.

Нехиральные наноленты и индексы.

Векторы, индексы и уголы хиральности.

Углеродные нанотрубки (УНТ).

Хиральность.

Индексы.

Однослойные и многослойные нанотрубки.

Наименьший и наибольший диаметры.

Доля поверхностных атомов.

Электронные структуры.

Технологические методы

Разрядно-дуговой метод,

Метод химического осаждения из пара.

Метод лазерной абляции.

Управляемый рост УНТ.

Нанотрубки (НТ) неорганических веществ.

Нанотрубки на основе нитрида бора.

Нанотрубка-диод.

Фуллерены.

Морфология фуллеренов.

Пентагонный механизм.

Рукотворные атомы - квантовые точки.

Управление размерами точек.

Самосборка квантовых точек.

Применение квантовых точек.

Как это было…

Аппарат (комплекс) Гольджи.

Совместимость с живой материей.
Раздел 6. КОНВЕРГЕНТНАЯ НАНОСХЕМОТЕХНИКА

Наномир в электронном чипе.

Такая СБИС – экономика…

Эволюция.

Новые пути.

Наносхемотехника.

Графеновый прорыв. Миллиметровое излучение

Голоса живых клеток.

Проницаемость мембраны.

Клетки излучают.

Миллиметровая резонансная терапия

Осмысление роли воды

Особая роль

Миллиметровая наноэлектроника.

Графеновые транзисторы.

Первая графеновая ИС.

Альтернатива.

Мемристор.

Универсальный элемент.

Другие мемро элементы.

Новая архитектура.

Мемристивная КМОП ИС .

Нейрон, мемристор, модель.

Мемристор - основа систем ИИ.

Амбиполярная схемотехника.

Амбиполярность – новое качество схемотехники.

Фильтрация электронов.

Cкоростное секвенирование ДНК.

Геном как книга.

Графен и ДНК.

Биосенсор.

Альтернативные биосенсоры.

Перемещение ДНК.
Разздел 7. ЗАКЛЮЧЕНИЕ КРИЗИС ЦИВИЛИЗАЦИИ ПОТРЕБЛЕНИЯ

И ШЕСТОЙ (КОНВЕРГЕНТНЫЙ) ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УКЛАД.

Технологические уклады.

Магистральные инновации как причина К- циклов.

Инфратраектории.

Шестой К - цикл как надотраслевой фундамент.

Противоречия, угрозы.

Общество потребления.

Кризис общества потребления.

Шестой технологический уклад.

Социо - гуманитарные аспекты нового уклада.

Оптимистический прогноз.

ЧАСТЬ 2. УЧЕБНО –МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ.

2.1.Общее описание курса

2.2. Место дисциплины в структуре ООП.

2.3.Инновационность курса.

2.4.Сведения об авторе курса.
3. Объём дисциплины и виды учебной работы.

3.1. Разделы дисциплин и виды занятий.

4. Содержание курса.

4.1. Содержание разделов дисциплины.

4.2. Состав лабораторного практикума.

4.3. Практические занятия (семинары)

4.4. Примерная тематика курсовых работ

5. Учебно –методическое

и информационное обеспечение дисциплины

А) основная литература

Б) дополнительная литература

В) программное обеспечение
6. Материально-техническое обеспечение дисциплины.

7. Описание системы контроля знаний в соответствие с ОПОП..

8. Глоссарий.

9.Методические рекомендации по организации изучения дисциплины:

10. Методические указания для преподавателя.

11. Методические указания для студента, слушателя.

11.1. Аудиторная работа.

11.2. Внеаудиторная работа.

12. Хрестоматийные статьи.

13. Расширннный состав лабораторного практикума

14. Описание балльно – рейтинговой системы.

15. Фонд оценочных средств

ЧАСТЬ 3. КОНТРОЛЬНЫЕ И ТЕСТОВЫЕ

МАТЕРИАЛЫ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ СТУДЕНТОВ
3.1.Вопросы для самопроверки и обсуждений по темам

3.2. Сборник задач и упражнений

3.3.Задания для самостоятельной работы по темам

3. 4. Перечень рефератов и/или курсовых работ по темам

3.5.Тестовые задания по темам (для текущего и промежуточного

самоконтроля) и итоговый тест по курсу

3.6.Тренинговые задания

3. 7. Перечень вопросов итоговой аттестации по курсу
ЛИТЕРАТУРА

ПОДПИСИ К РИСУНКАМ

8. ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ.

9 ПРАКТИКУМЫ.

9.1.Квантовые операторы.

9.2.Собственные функции и собственные значения.

9.3.Гамильтониан в потенциальном поле.
10. КУРСОВЫЕ РАБОТЫ

10.1. Исследование матриц Дирака.

10.2. Приёмы доказательства эрмитовости операторов.

Требования к результатам освоения дисциплины.Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:

способности адаптации к динамике научно - производственной деятельности;

умении принимать нестандартные решения);

владении иностранным языком (прежде всего английским) в области профессиональной деятельности и межличностного общения ;

владении современными компьютерными технологиями, их применении при сборе, хранении и обработке результатов исследований;

умении работать на высокотехнологичной научной аппаратуре.

(указываются в соответствии с ФГОС N10).
В результате изучения дисциплины студент должен

Знать:

философские концепции естествознания и конвергентные возможности нанонауки и наноиндустрии (ОК-1);

логистику производств и управления деятельностью научных коллективов (ОК-1, ОПК-4):

основные методы исследования, анализа и синтеза нано - и биообъектов (ОК-9, ОК-12):

Уметь:

приобретать новые знания и систематизировать материал в предметной области, анализировать в области (ОК-4)

использовать интернет в качестве инструмента для обмена информацией и опытом, организации коллективной работы и профессионального общения

(ОК-1:

проводить самостоятельную научную работу, получать новые теоретические и практические результаты (ПК-1);

представлять результаты исследований в виде отчетов и научных публикаций;

профессионально участвовать в научных дискуссиях (ПК-9).

Владеть:

теорией и навыками практической работы в избранной области нанотехнологии (в соответствии с темой магистерской диссертации, ОПК-2);

навыками делового общения и межличностных отношений, способностью эффективно работать в научном коллективе и со смежниками по науке и аутосорсингу (ПК-3);

иностранным (прежде всего профессиональным английским) языком (ОПК-5).

2.3.Инновационность курса.
По содержанию.Курс включает последние научные достижения в области нанотехнологии

По методике преподавания. Свыше 30% материала курса излагается с применением интерактивных средств обучения.

По информационным источникам. Используются основные статьи и интернет-ресурсы 2005 -2012 гг

По организации учебного процесса. В соответствие с Федеральным государственным образовательным стандартом (ФГОС) дисциплина базируется на опережающей модели междисциплинарной конвергенции знаний.

Иное.

1). Используется интерактивная софт- лаборатория Design Soft TINA v9 . http://www.tina.com/Russian/tina/optimization

2).интерактивная софт- система Multisim проектирования электронных цепей NI_Circuit_Design_Suite_11_0_Education.
2.4.Сведения об авторе курса:
Алексенко Андрей Геннадьевич, доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник кафедры кибернетики и мехатроники РУДН
3. Объём дисциплины и виды учебной работы

Вид учебной работы	Всего часов	Семестры
Вид учебной работы	Всего часов	7	8
Аудиторные занятия (всего)	100	50	50
В том числе:
Лекции	64	32	32
Практические занятия (ПЗ) / в т.ч интерактивные ПЗ)	16/10	8/5	8/5
Семинары (С) / в том числн.интерактивные С	4/4	2	2
Лабораторные работы (ЛР)	16	8	8
Самостоятельная работа (всего) / в том числе интерактивная	44/32	22/16	22/16
В том числе:
Курсовой проект (работа)	4	2	2
Расчётно-графические работы на интерактивной системе MULTISIM	4	2	2
Реферат	8	4	4
Другие виды самостоятельной работы
Решение интерактивных задачи в виртуальной лаборатории(ВЛ)	12	6	6
Интерактивное проектирование на основе системы MULTISIM	16	8	8
Вид промежуточной аттестации (зачёт, экзамен)
Зачёт по решению интерактивных задач ВЛ	4	2	2
Зачёт по лабораторному практикуму и 1—й части курса	4	4
Экзамен по курсу	4		4
Общая трудоёмкость/в том числе интерактивная, час зач. ед	144/46	72/23	72/23
	120	60	60

3.1. Разделы дисциплин и виды занятий

№ п/п	Наименование раздела дисциплины	Лекц.	Практ. Зан.	Лаб. Зан.	Семин.	СРС	Всего час
1	1			V			20
2	2				V
3	3		V			V
4	4				V	V
5	5
6	6			V
7	7

4. Содержание курса.
4.1. Содержание разделов дисциплины

№ п/п	Наименование раздела дисциплины	Содержание раздела
1.1	Введение. Наноразмерный мир	Инструментарий нанотехнологии. Зондовая микроскопия. Нанолаборатории и нанофабы. Наноматериалы. «Третья» координата. Моноатомные наноматериалы. Графен. Силицен -2D кремний. Другие моноатомные материалы. Квантовая электродинамиеа и 2D материалы.Фермионы Дирака. Квантовая электродинамика. Классический эффект Холла. Квантовый эффект Холла. Наномир, Земля, Вселенная. Постоянная тонкой структуры (ПТС). Взгляд во Вселенную. Константы α, с медленно меняются. Графен и теория струн. Проводимость нанорезистора. Эксперимент. Простой приём вычисления. Плотность тока в нанорезисторах.
2	Особая роль графена	Прародитель форм. Глава семейства. Прародитель химических модификаций. Квазичастицы в новом ракурсе. Взаимодействие атомов в графене. Интеграл перекрытия Двухдолинный полуметалл. Спин и псевдоспин носителей тока. Амбиполярность.
3	Волноаые уравнения	Операторы квантовой физики. Дуализм. Волновая функция. Волновое уравнение Шредингера. Частица во времени. Пространственная волна. От классики к релятивизму. Лоренц – инвариантность. Уравнеие Клейна – Гордона. Гипотетический гамильтониан. Модификация. Конструирование уравнения Дирака. Конструирование коэффициентов. Условия для коэффициентов α. Античастицы. Общее уравнеиие Дирака (1928).
4	Матрицы и фермионы Дирака	Альфа –матрицы Дирака. Матрицы Паули. Составление матриц поворота. Кватернион. Три векторных кватерниона. Преобразования кватернионов.Как обращаться с уравнением Дирака? Зоопарк квазичастиц. Гамильтониан графена. Решение системы уравнений. Непрерывный линейный спектр. Волновая функция для К – долины.
5	Наноуглерод	Углерод и его наноаллотропы. Наноуглерод.Четыпе орбитали. Неоднородности в гексагональных сетках. Графеновые наноленты. Кромки гексагональных сеток. Идеальные наноленты. Условие. Маркированный образец с двумя типами кромок. Нехиральные наноленты и индексы. Векторы, индексы и углы хиральности. Углеродные нанотрубки. Хиральность. Индексы. Однослойные и многослойные нанотрубки. Наименьший и наибольший диаметры. Доля поверхностных атомов. Электронные структуры. Технологические методы. Разрядно- дуговой метод, Метод химического осаждения из пара. Метод лазерной абляции. Управляемый рост УНТ. Нанотрубки (НТ) неорганических веществ. Нанотрубки на основе нитрида бора. Нанотрубка -диод. Фуллерены. Морфология фуллеренов. Пентагонный механизм. Рукотворные атомы - квантовые точки.Управление размерами точек. Самосборка квантовых точек. Применение квантовых точек.Как это было…Аппарат (комплекс) Гольджи . Совместимость с живой материей.
6	Конвергентная наносхемотехника	Наномир в электронном чипе. СБИС – экономика Эволюция. Наносхемотехника. Графеновый прорыв. Миллиметровое излучение. Голоса живых клеток. Проницаемость мембраны. Клетки излучают. Миллиметровая резонансная терапия. Осмысление роли воды. В чём состоит её особая роль. Миллиметровая наноэлектроника. Графеновые транзисторы. Первая графеновая ИС. Альтернатива. Мемристор. Универсальный элемент. Другие мемро элементы. Новая архитектура. Мемристивная КМОП ИС .Нейрон, мемристор, модель. Мемристор - основа систем ИИ. Амбиполярная схемотехника. Амбиполярность – новое качество схемотехники. Фильтрация электронов. Cкоростное секвенирование ДНК. Геном как книга. Графен и ДНК. Биосенсор. Альтернативные биосенсоры. Перемещение ДНК.
7	Заключение. Кризис цивилизации потребления и Шестой (конвергентный) технологический уклад.	Технологические уклады. Магистральные инновации как причина К- циклов. Инфратраектории. Шестой К-цикл как надотраслевой фундамент. Противоречия, угрозы. Кризис общества потребления. Шестой технологический уклад. Социогуманитарные аспекты нового уклада. Оптимистический прогноз.

4.2. Состав лабораторного практикума

№ п/п	№ раздела курса	Темы лабораторных работ	Трудоёмкость (час.)
1	1	Принцип работы и конструкция сканирующего зондового микроскопа (СЗМ)	4
2	1	Определение СЗМ - датчика туннельного тока и силового взаимодействия	4
3	1	Определение параметров сканера СЗМ	4
4	1,6	Визуализация твёрдотельных микро- и наноструктур с помощью СЗМ	4

1 2 3 4

	Учебно-методический комплекс Наименование дисциплины Аритмология... Переутверждено на заседании кафедры госпитальной хирургии с курсом детской хирургии		Учебно-методический комплекс по дисциплине наименование дисциплины... Системного подхода, системной инженерии и с обширным арсеналом методов и моделей системного анализа. Это даст необходимую методологическую...
	Учебно-методический комплекс Наименование дисциплины Репродуктология... Цель обучения: подготовка квалифицированного врача- специалиста уролога, обладающего системой общекультурных и профессиональных компетенций,...		Учебно-методический комплекс Наименование дисциплины Рефлексотерапия... Цель обучения: подготовка квалифицированного врача- специалиста рефлексотерапевта, обладающего системой общекультурных и профессиональных...
	Учебно-методический комплекс Наименование дисциплины Основы наркологии... Цель обучения: получение врачом-специалистом дополнительных теоретических знаний и практических навыков в области основ психиатрии-наркологии...		Учебно-методический комплекс дисциплины «компьютерные технологии в науке и технике» Учебно-методический комплекс составлен на основании требований федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального...
	Учебно-методический комплекс наименование дисциплины: Обучающий симуляционный... Образовательные программы высшего образования – программы подготовки в ординатуре		Учебно-методический комплекс наименование дисциплины основы менеджмента... Цель курса «Основы менеджмента» состоит в обучении студентов пониманию теоретических основ менеджмента, принципов, методов и функций...
	Учебно-методический комплекс наименование дисциплины: Детская офтальмология... Образовательные программы высшего образования – программы подготовки в ординатуре		Учебно-методический комплекс по дисциплине «Маркетинг» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов очной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий, рекомендации...
	Учебно-методический комплекс по дисциплине «Маркетинг» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов заочной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий,...		Учебно-методический комплекс по дисциплине «Анализ банковской отчетности» Рекомендуется для направления 080100 «Экономика», специализация «Финансовое управление в секторах экономики»
	Учебно-методический комплекс по дисциплине «Языки и среды реализации web -приложений» Учебно-методический комплекс предназначен для студентов заочной формы обучения, содержит план лекционных и практических занятий,...		Учебно-методический комплекс дисциплины «информационные технологии управления» Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями государственного стандарта высшего профессионального образования...
	Учебно-методический комплекс для студентов очной и заочной форм обучения... Содержание: умк по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности» направления подготовки 44. 03. 03 Специальное (дефектологическое)...		Учебно-методический комплекс по дисциплине «Программирование на языках высокого уровня (яву)» Учебно-методический комплекс (умк) составлен на основании гос впо и учебного плана Улгту специальности (направления) 23010165 «Вычислительные...

Учебно-методический комплекс по дисциплине наименование дисциплины Микро- и наносистемы в технике и технологии Рекомендуется для направления подготовки

Похожие: