454-0327/01 – Nanoelektronika (NE)
| Garantující katedra | Katedra telekomunikační techniky | Kredity | 4 |
| Garant předmětu | Dr. Ing. Libor Gajdošík | Garant verze předmětu | Dr. Ing. Libor Gajdošík |
| Úroveň studia | pregraduální nebo graduální | Povinnost | povinně volitelný |
| Ročník | 2 | Semestr | zimní |
| | Jazyk výuky | čeština |
| Rok zavedení | 2006/2007 | Rok zrušení | 2009/2010 |
| Určeno pro fakulty | USP | Určeno pro typy studia | navazující magisterské |
Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi
Seznámení posluchačů s mikro a nano elektro-mechanickými systémy, základními zákonitostmi a výpočty v prostředí nanorozměrů, možnostmi realizace pohybových členů.
Vyučovací metody
Anotace
Předmět je zaměřen na teorii návrhu elektromechanických systémů, jež umožňuje exaktní návrh pohybových členů na úrovni mikro a nano rozměrů.
Podrobně jsou rozebírány účinky elektromagnetického pole v definovaném hmotném prostředí a tomu odpovídající pohybové rovnice, charakterizující lineární a rotační pohyb v tomto prostředí. Mechanické chování systému je převedeno na analogické chování elektrického obvodu pomocí matematického modelu tohoto obvodu.
Teorie si rovněž všímá možné realizace logických funkcí AND a OR na bázi polymerních řetězců.
Teorie směřuje k praktickým pravidlům návrhu pohybových členů, jejichž alespoň jediný geometrický rozměr je v oblasti nanoměřítka, tj. od 1 nanometru do 100 nanometrů.
Povinná literatura:
Hayt W.H., Engineering Electromagnetics, McGraw-Hill, New York, 1989
Collin R. E., Antennas and Radiowave propagation, McGraw-Hill, New York 1985
Paul C.R., Whites K.W., Nasar S. A., Introduction to Electromagnetic Fields, McGraw-Hill, New York, 1998
Doporučená literatura:
Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta
Podmínky udělení zápočtu:
K udělení zápočtu je nutno získat 85 bodů.
E-learning
Další požadavky na studenta
Prerekvizity
Předmět nemá žádné prerekvizity.
Korekvizity
Předmět nemá žádné korekvizity.
Osnova předmětu
Přednášky:
Úvod do problematiky. Rozměry nanostruktur, porovnání geometrie uspořádání mikro a nano struktur, analogie v biologii, neurony a neuronové sítě a jejich elektrický model. Klasifikace elektromechanických systémů. Základní teorie, užité pro elektromechanické nano systémy. Příklad monolitického mikro-elektro mechanického systému. Pojem kvantové tečky, příklad nanospínače na bázi kvantové tečky.
Elektromagnetické pole, Maxwellovy rovnice a jejich aplikace v mikro a nano mechanických pohybových systémech, matematické modelování prostředí.
Bazální vztahy pro modelování mikro a nano pohonů v prostředí elektromagnetického pole. Orientované otáčení prutového vodiče, proudového závitu a solenoidu v magnetickém poli. Přenos energie v mikro a nano mechanickém systému.
Klasická mechanika a její aplikace v MEMS a NEMS. Newtonovská mechanika translačního pohybu, základní pohybové rovnice.
Newtonovská mechanika rotačního pohybu, základní pohybové rovnice.
Modelování tření v MEMS a NEMS-Coulombovo tření, viskozní tření, statické tření.
Lagrangeovy pohybové rovnice. Matematický model prostého a dvojitého kyvadla.
Matematické modelování elektrických obvodů s nesetrvačnými a setrvačnými prvky.
Matematický model elektromechanického rotačního mechanizmu na úrovni mikro rozměrů.
Hamiltonovy pohybové rovnice.
Kvantová mechanika aplikovaná na atomární struktury, stejnoměrný rotační pohyb elektronu, aplikace de Broglie-ova, Helmholtz-ova a Schrodingerova vztahu.
Dynamika systémů na úrovni molekul a nanostruktur.
Schrodingerova rovnice a vlnová teorie.
Hartree-Fock-ova nelineární parciální diferenciální rovnice.
Molekulární vodiče a molekulární obvody.
Nanospínač na bázi uhlíkové nanotrubice.
Usměrňovací dioda na bázi polyphenylenu, hradlo AND a OR na molekulární bázi, molekulární báze poloviční a úplné sčítačky.
Uhlíkové nanotrubice. Realizace na úrovni MEMS-mikroakcelerometr, mikrogyroskop.
Strukturální syntéza mikro a nano mechanických systémů silových pohybových členů a senzorů.
Nanomotory a nanogenerátory.
Cvičení:
Kvantová fyzika polovodičů, elektronová vodivost iontových krystalů.
Teorie volných elektronů. Elektron v Sommerfeldově modelu.
Fermi-Diracova statistika.
Vodiče a izolátory. Vztah mezi rychlostí a energií elektronu.
Kvantová teorie elektrické vodivosti homeopolárních polovodičů.
Určování aktivačních energií.
Elektrické pole ploché antény.
Zápočet
Podmínky absolvování předmětu
Výskyt ve studijních plánech
Výskyt ve speciálních blocích
Hodnocení Výuky
Předmět neobsahuje žádné hodnocení.