En central tendens inden for moderne nanoteknologi er at kombinere forskellige fysiske effekter for at opnå nye funktionaliteter. Et eksempel er NEMS - nanoelektromekaniske systemer - som udnytter både elektriske og mekaniske egenskaber af yderst små komponenter for at opnå f. eks. meget følsom vægtbestemmelse. Den karakteriske nanometerskala medfører at standard lærebogsviden om aktuatorer og sensorer ikke nødvendigvis gælder, hvilket giver anledning til mange udfordringer, men muligvis også revolutionerende muligheder for fremtidens nanokomponenter. Dette kursus har som overordnet mål at gøre de studerende fortrolige med nanomekaniske målemetoder samt metodernes teoretiske og eksperimentelle grundlag. Dette kursus giver en solid baggrund for mange NEMS projekter, både teoretiske og eksperimentelle.
Læringsmål:
En studerende, der fuldt ud har opfyldt kursets mål, vil kunne:
Give et overblik over de mest benyttede nanoelektromekaniske målemetoder og deres praktiske anvendelse
Redegøre for de væsentligste støjkilder i NEMS
Kvantisere klassiske egensvingninger
Beregne fononspektret i den harmoniske approksimation for simple krystaller
Opstille stress- og tøjningstensorer for enkle systemer
Udlede spredningsrater og levetider for fononer i ikke-harmoniske og/eller urene krystaller
Analysere nyligt publicerede nanoelekromekaniske systemer med hensyn til anvendt fabrikationsteknologi og målemetoder
Planlægge en måleserie på et givent nanoelektromekanisk sensorsystem
Fortolke måledata fra et givent nanoelektromekanisk sensorsystem
Kursusindhold:
Kurset giver en introduktion til nanomekanik og nanomekaniske komponenter. Forbindelsen mellem den klassiske kontinuum mekanik og den atomare, kvantemekaniske beskrivelse af faste stoffer bliver analyseret, især når den klassiske beskrivelse ikke mere kan anvendes. Både statiske og dynamiske egenskaber af små legemer bliver undersøgt, og flere fysiske fænomener, f. eks. piezomodstand og piezoelektricitet, som danner grundlaget for nanomekaniske transducere, bliver analyseret. Andre relevante effekter (termiske, støj, ulineæriteter) bliver ligeledes gennemgået. Nye materialetyper (f.eks. nanorør) bliver introduceret og deres anvendelser som praktiske NEMS komponenter bliver undersøgt. Kurset følger nøje den nyligt udkomne bog "Foundations of Nanomechanics" af A. N. Cleland.
Litteratur:
Andrew N. Cleland, "Foundation of Nanomechanics", Springer, ISBN 3-540-43661-8
Mulighed for GRØN DYST deltagelse:
Kontakt underviseren for information om hvorvidt dette kursus giver den studerende mulighed for at lave eller forberede et projekt som kan deltage i DTUs studenterkonference om bæredygtighed, klimateknologi og miljø (GRØN DYST). Se mere på http://www.groendyst.dtu.dk/kursustilmelding.aspx
