Олимпиада НИЯУ МИФИ "Наноэлектроника"

ТЗ "Транзисторные структуры углеродной наноэлектроники"

VAL — Sat, 29 Jan 2011 14:28:24 GMT

Творческое задание олимпиады "Транзисторные структуры углеродной наноэлектроники"
полность официальный список тем ТЗ заочного этапа олимпиады "Наноэлектроника" здесь:
http://nano-e.ucoz.ru/forum/30-73-1
http://www.valinfo.ru/forum/index.php?showtopic=2893

Комментарий к теме
Известно, что транзисторные структуры являются основой кремниевой наноэлектроники, рис.2.17. Однако специалисты считают, что в будущем будут использованы также и транзисторные структуры углеродной наноэлектроники. Такие структуры сегодня уже разрабатываются и исследуются учеными многих стран: графеновые транзисторы (рис.1), транзисторы из углеродных нанотрубок и фуллеренов.

Предполагается, что автор задания сделает обзор современных достижений в этой области и сравнит кремниевые и углеродные транзисторные структуры по характеристикам, технологичности при создании интегральных наноэлектронных схем и перспективам совершенствования.

Перед началом подготовки творческого задания полезно почитать статьи:
1. http://www.3dnews.ru/editorial/it_beyond_si – IT-Байки: Электроника-2020 – жизнь после смерти кремния
2. http://elementy.ru/news/430857 – Графен: новые методы получения и последние достижения

Кроме того, стоит заглянуть сюда:
http://nano-e.ucoz.ru/forum/37-85-1#158

ТЗ олимпиады "Химические реакции, наноэлектроника и мозг"

VAL — Sat, 29 Jan 2011 08:18:24 GMT

Творческое задание олимпиады "Химические реакции, наноэлектроника и мозг"
полность официальный список тем ТЗ заочного этапа олимпиады "Наноэлектроника" здесь:
http://nano-e.ucoz.ru/forum/30-73-1
http://www.valinfo.ru/forum/index.php?showtopic=2893

Комментарий к теме
Нужно признать, что та часть науки, которая создается умом и руками человека (в том числе наноэлектроника), составляет лишь незначительную часть из того, что еще необходимо изучить и понять из созданного природой. Мир, в котором мы живем, пока еще во многом не познан.

В работе [1] говорится:
«Подавляющее число реакций (прим. автора: например, химических), реализованных руками человека, относится к «неорганизованным» реакциям, в которых частицы (молекулы, ионы, радикалы атомы) реагируют при случайных встречах (во времени и пространстве). В тоже время «природная» химия является высокоорганизованной, т.е. почти все химические превращения осуществляются в системах с молекулярным и надмолекулярном порядком. Целые каскады биохимических реакций организованы в пространстве и во времени. Так при фоторецепции каждый поглощенный сечтаткой глаза световой квант запускает огромный каскад реакций, приводящий на финише к циклическому гуанозинмонофостфату (квантовый выход 10 в 4 степени), который создает на мембране электрический потенциал…, который далее регистрируется как сигнал восприятия света».

Ученые Европы, используя современные технологии промышленного производства интегральных микросхем создали чип, который имитирует человеческий мозг. На кристалле расположено 384 нейрона и 100 тысяч синапсов. Более поздняя версия такого чипа содержит уже 200 тысяч нейронов и 50 миллионов синапсов [2].

В общем, наш мир – это сложная и многогранная совокупность макро-, микро- и нанореактров. В частности, к простейшим микрореакторам относят ванн-дер-ваальсовы молекулы, двойные электрические слои, мономолекулярные слои типа Лэнгмюра-Блоджетт, межфазные границы, мембраны…[1].

Мозг – макрореактор колоссальной сложности. В нем осуществляется огромное количество реакций, ответственных за синтез запоминающих молекулярных структур, формирующих память и всю систему управления живым организмом. Мозг – реактор ключевого значения во всей науке живого,, в котором осуществляются преобразования: химической энергии в электрическую энергию; коммуникации между нейронами мозга и т.д. [1].

В настоящее время уже существуют «умные кристаллы» и технологии наноэлектронных запоминающих устройств (ЗУ), которые приблизились к тому, что число элементов памяти в таких ЗУ приближается к числу нейронов в мозге человека [3].

Участнику олимпиады предлагается ответить на следующие вопросы:
1. Назвать технологические процессы современной микро- и наноэлектроники, в которых ум и руки человека пытаются соревноваться с природой, организую каскады химических реакций, позволяющих реализовать организованное взаимодействие молекул, атомов, ионов и радикалов в пространстве и времени и, одновременно, создавать наноэлектронные приборы и интегральные микро- и наносхемы (ИМС и ИНС) (3 балла);
2. Назвать типы создаваемых человеком приборов и ИМС/ИНС (3 балла);
3. Пояснить, что понимается под «квантовым выходом»? (1 балл);
4. Какова амплитуда сигнала восприятия света в мозгу человека, например в Вольтах? (2 балла)
5. Каково соотношение между амплитудами сигналов, например, восприятия света в мозгу человека и тех, сигналов, которые используются в наноэлектронных приборах, ИМС и ИНС? (3 балла)
6. Дайте названия макро-, микро- и нанореакторов (технологического оборудования микро- и наноэлектроники), которые используются сегодня при изготовлении наноэлектронных приборов и ИМС/ИНС (3 балла).
7. Каково сегодня соотношение между размерами/площадью элементов памяти, которые создаются человеком в ИМС/ИНС и запоминающими молекулярными структурами, формирующими память и всю систему управления живыми организмами, например, организмом человека? (2 балла).
8. Приведите примеры современных революционных нанотехнологий ЗУ (3 балла).

Список источников информации
1. http://chem/msu.su/rus/Buchachenko/buch3.html – Химия на рубеже веков: свершения и прогноз академика РАН А.Л. Бучаченко (статья опубликована в журнале «Успехи химии» и представляет собой расширенный вариант доклада автора на Общем собрании Отделения общей и технической химии РАН)
2. http://www.technologyreview.com/computing/22339/ – Duncan Graham-Rowe, Building a Brain on a Silicon Chip («Конструируя человеческий мозг на кремниевом кристалле»)
3. www.valinfo.ru – В.А. Лапшинский «Творческие задания для олимпиады «Наноэлектроника-2011» в Национальном исследовательском ядерном университете «МИФИ»

А еще имеет смысл заглянуть сюда:
http://nano-e.ucoz.ru/forum/12-79-1

ТЗ "Нейромедиаторы, мозг человека и наноэлектроника"

VAL — Sat, 29 Jan 2011 07:56:38 GMT

Творческое задание олимпиады "Нейромедиаторы, мозг человека и наноэлектроника"
полность официальный список тем ТЗ заочного этапа олимпиады "Наноэлектроника" здесь:
http://nano-e.ucoz.ru/forum/30-73-1
http://www.valinfo.ru/forum/index.php?showtopic=2893

Комментарий к теме
«Основная задача мозга – это преобразование химической энергии в электрическую, а решать эту задачу призваны нейромедиаторы» [1]. Такие нейромедиаторы обеспечивают коммуникацию между нейронами мозга, формирование электрических потенциалов и передачу электрических сигналов путем перезарядки мембран. Они управляют паутиной импульсов и потенциалов, руководящих всеми функциями живого организма.
В настоящее время уже существуют «умные кристаллы» (рис.) с нанометровыми размерами своих элементов (процессоры сегодняшних персональных компьютеров, технологии нейрочипов, наноэлектронных запоминающих устройств (ЗУ) и т.д.) [2], в которых функционирует искусственно созданная руками человека паутина импульсов и потенциалов.

Участнику олимпиады предлагается ответить на следующие вопросы
1. Какие нейромедиаторы сегодня уже известны (3 балла)?
2. Какие потенциалы формируются с помощью нейромедиаторов (3 балла)
3. Каково сегодня соотношение между потенциалами, которые формируются нейромедиатарами, с одной стороны, и используются человеком в ИМС/ИНС, например, в «паутине» логических элементов на чипе/кристалле интегральных микро- и нано интегральных схем запоминающих устройств и процессоров (например, в вашем персональном компьютере), с другой? (3 балла)
4. Как связаны между собой недостаточность в мозге нейромедиаторов и болезнь человека под названием «слабоумие»? (4 балла)
5. Увеличивается или уменьшается число нейромедиаторов у человека с возрастом и почему? (3 балла)
6. В чем заключаются преимущества и недостатки природной памяти человека, которая создается при содействии нейромедиаторов, по сравнению с наноэлектронными запоминающими устройствами, например, в виде ИМС/ИНС? (4 балла)

Список источников
1. http://chem/msu.su/rus/Buchachenko/buch3.html – Химия на рубеже веков: свершения и прогноз академика РАН А.Л. Бучаченко (статья опубликована в журнале «Успехи химии» и представляет собой расширенный вариант доклада автора на Общем собрании Отделения общей и технической химии РАН)
2. http://www.valinfo.ru/forum/index.php?showforum=114 – о современной и будущей памяти компьютеров на сайте студентов МИФИ

А еще имеет смысл заглянуть сюда:
http://nano-e.ucoz.ru/forum/12-79-1

ПОЛОЖЕНИЕ об олимпиаде школьников «Наноэлектроника» в 2011 г

VAL — Thu, 09 Dec 2010 18:30:39 GMT

ПОЛОЖЕНИЕ об олимпиаде школьников «Наноэлектроника» в 2011 г. в НИЯУ МИФИ

1. Общие положения
Олимпиада «Наноэлектроника» (далее – олимпиада) проводится в 2010/11 гг. в соответствии с:
- приказами ректора НИЯУ МИФИ №27 от 29.01.210 «Об утверждении положения об олимпиаде "Наноэлектроника" и №28 ОТ 29.01.2010 «Об организации и проведении олимпиады школьников
"Наноэлектроника";

- решениями Совета факультета «Автоматика и электроника» (Протокол от 15 ноября 2010 года) и Совета факультета очно-заочного (вечернего) обучения (Протокол от 26 октября 2010 г.) в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении «Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

в целях выявления и развития у школьников, учащихся колледжей и техникумов и работающей молодежи способностей и интереса к физико-математическим дисциплинам, пропаганды новейших достижений современной науки и технологий, а так же для формирования контингента абитуриентов университета.

Творческие задания заочного тура олимпиады Наноэлектроника

VAL — Thu, 09 Dec 2010 18:19:10 GMT

Творческие задания заочного тура олимпиады Наноэлектроника-2011 в НИЯУ МИФИ

Внимание: официальный список творческих заданий см. на главной странице сайта!

1. Предел Бреммерманна и наноэлектроника: кто кого? (20 баллов)
Автор: доцент НИЯУ МИФИ В.А. Лапшинский

Комментарий к теме
«Не существует системы обработки данных, искусственной или естественной, которая могла бы обрабатывать более, чем 2х1047 бит в секунду на грамм своей массы».
Ханc Бреммерманн, 1962 г.

Как вы думаете, это утверждение справедливо? На чем оно основано? Будет ли это утверждение века транзисторов и интегральных микросхем справедливо в эпоху наноэлектроники?

2. Наноэлектроника и прогнозы в области искусственного интеллекта (20 баллов)
Автор: доцент НИЯУ МИФИ В.А. Лапшинский

Комментарий к теме
В известной книге «Реальность и прогнозы искусственного интеллекта» (М.: МИР, 1987 г.) было написано: «Вообразите, что однажды утром вы просыпаетесь с ощущением, будто ваш мозг пополнился еще одной долей. Эта незримая дополнительная доля головного мозга отвечает на ваши вопросы, сообщая информацию, с которой не под силу справится вашей собственной памяти, предлагает варианты разумного образа действий, а порой задает вопросы, пытаясь уяснить какие-то важные для дела факты. Вскоре вы настолько привыкаете к существованию новой части мозга, что перестаете задумываться на тем, как она работает. Все это мечта тех, кто занимается искусственным интеллектом (ИИ)…»

Насколько мечта приблизилась? Какие возможности для ее реализации предоставит новейшая и будущая наноэлектроника? Каким будет «наноэлектронный мозг»? Смогут ли одновременно существовать и «ладить» между собой естественный и искусственный интеллект? Как вы думаете?

3. Нанотехнологии и наноэлектроника для компьютерных сетей (20 баллов)
Автор: доцент НИЯУ МИФИ В.А. Лапшинский

Комментарий к теме
Нанотехнологии и наноэлектроника оказывают и будут оказывать очень сильное влияние на развитие «компьютерных сетей». Почему слова «компьютерные сети» взяты в кавычки? В будущем будет, очевидно, довольно сложно назвать сети действительно компьютерными. Посудите сами. Недалек тот день, когда будет осуществлен вывод и декодирование информации непосредственно из мозга человека. А далее информация будет поступать во Всемирную сеть… Либо мозг сможет напрямую получать информацию из Всемирной паутины.

В задании автору можно рассмотреть следующие вопросы:
- загрузка и съем информации из мозга человека и ее передача во Всемирную паутину;
- создание сетевых кабелей из «умных» материалов для съема информации из мозга и беспроводные сетевые варианты «загрузки» мозга;
- искусственные импланты в мозг или, например, в сетчатку глаза;
- микро- и наноэлектронная начинка «умных роботов» на земле в воздухе и под водой. Причем, соединенных в беспроводную сеть и, возможно, с мозгом человека и т.д.

Кстати, уже проведены успешные эксперименты, когда обезьяна смогла через мозговые импланты управлять механическим манипулятором за тысячу километров от места своего нахождения, используя сеть! А «умные» медузы, пчелы и тараканы… уже существуют в реальности!

4. Память важнее логики! Наноэлектроника и революционные технологии памяти (20 баллов)
Автор: доцент НИЯУ МИФИ В.А. Лапшинский

Комментарий к теме
Многие специалисты согласны тем, что мозг человека вряд ли был бы наделен сознанием и интеллектом, если бы не огромные объемы информации, которые он способен хранить и обрабатывать в памяти.

В книге «Об интеллекте» (М.: ООО «И.Д. Вильямс», 2007 г.) Джефф Хокинс пишет, что «площадь коры головного мозга примерно составляет около 2200 см2 , что вдвое превышает площадь поверхности стандартной клавиатуры человека или соответствует размеру большой салфетки… На площади, равной крошечному квадрату со стороной один миллиметр (вдвое меньше, чем буква о в этом тексте), содержится примерно сто тысяч нейронов. Подсчитать точное количество нервных клеток в коре головного мозга практически невозможно, тем не менее некоторые анатомы утверждают, что их число составляет порядка 30 млрд… Стало быть, в нашей голове живут 30 млрд. нейронов, хранящих ваши знания, навыки, накопленный жизненный опыт…»

В современной наноэлектронике уже существует несколько революционных технологий, которые обещают приблизить объем (и даже превзойти его!) искусственной памяти к объему памяти мозга человека. Это технологии памяти типа: MRAM, FeRAM, PCRAM, RRAM…

В реферате предлагается написать о памяти искусственной наноэлектронной и естественной человеческой. Сравнить их между собой. И сделать собственный прогноз развития одной из самых интересных областей наноэлектроники – памяти.

5. Транзисторные структуры углеродной наноэлектроники (20 баллов)
Автор: доцент НИЯУ МИФИ В.А. Лапшинский
Комментарий к теме

Известно, что транзисторные структуры являются основой кремниевой наноэлектроники, рис.1. Однако специалисты считают, что в будущем будут использованы также и транзисторные структуры углеродной наноэлектроники. Такие структуры сегодня уже разрабатываются и исследуются учеными многих стран: графеновые транзисторы, транзисторы из углеродных нанотрубок и фуллеренов.

Ученый совет факультета А и олимпиада Наноэлектроника

VAL — Tue, 09 Nov 2010 08:03:18 GMT

15 ноября состоится заседание ученого совета факультета "Автоматика и электроника" НИЯУ МИФИ. Одним из вопросов, которые будут рассмотрены на совете будет вопрос о проведении олимпиады Наноэлектроника в 2011 г.

ЗЫ. Идею о совместном проведении олимпиады поддержал совет Вечернего факультетат НИЯУ МИФИ