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Los estudiantes universitarios del MIT aprenden ciencia e ingeniería a nanoescala, desde átomos individuales hasta sistemas funcionales a gran escala, y lo hacen de forma práctica en MIT.nano.
En la clase 6.2540 (Nanotecnología: átomos a sistemas), los estudiantes pasan más de nueve semanas en los laboratorios MIT.nano, aprendiendo habilidades fundamentales que les permiten aplicar el conocimiento a nanoescala para diseñar y construir espectrómetros, hacer puntos cuánticos, hacer diodos emisores de luz. . (LED) y sensores de tunelización química, y probar y acondicionar sus sensores en pantallas y sistemas activos.
Dar vida a la ciencia de esta manera ha generado mucho entusiasmo entre los estudiantes de pregrado. Dahlia Dry, una estudiante de último año de física, dijo que su asesor docente sugirió que el curso le mostraría la diversión de la mecánica cuántica. «Tenía razón. Este curso fue exactamente lo que pensé que sería el MIT en la universidad en todos los sentidos», dice ella.
La diversión debe extenderse a medida que la clase capta el interés de los estudiantes universitarios que se especializan en muchas materias diferentes. A partir del otoño de 2022, seis departamentos académicos estuvieron representados por los 23 estudiantes matriculados.
«Esta clase es básicamente una clase del ‘MIT'», dice Neil Deshmukh, estudiante de tercer año de EECS. «Desde que llegué al campus, siempre quise tomar un curso en el que tuviéramos la libertad de construir casi cualquier idea, con acceso a equipos de última generación e instructores increíbles. En 6.2540, es exactamente lo que hicimos, y fue una de las mejores experiencias que he tenido.
La clase es impartida por tres profesores de EECS: Farnaz Niroui, Profesor Asistente de Desarrollo de Carrera de EE Landsman; Rajeev Ram, Profesor de Ingeniería Eléctrica; y Tayo Akinwande, Profesor Thomas y Gerd Perkins de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación.
“En esta clase, adoptamos un enfoque de diseño, en lugar del estilo abstracto y teórico más común”, dice Niroui. «Enseñamos los fundamentos de la mecánica cuántica y la ciencia a nanoescala al vincularlos directamente con el diseño y la ingeniería de varias tecnologías».
Por esta razón, las conferencias están estrechamente integradas con proyectos de diseño y módulos de laboratorio semanales. Desde la primera semana, los estudiantes están dentro del laboratorio, aprendiendo a trabajar en una sala limpia y adquiriendo las habilidades básicas en nanofabricación, procesamiento y caracterización para estudiar e implementar los conceptos aprendidos en los cursos, desde ciencia básica hasta síntesis de materiales, diseño de dispositivos e integración completa del sistema.
En lugar de ver al personal operar el equipo, los estudiantes universitarios hacen el trabajo ellos mismos utilizando flujos de ingeniería y fabricación simplificados. «Este fue el curso más fascinante que tomé en el MIT, a pesar de estar en un campo con el que no estaba familiarizado antes», dice Eric Zhang, estudiante de segundo año en EECS. «Me abrió los ojos a todo un campo de investigación e ingeniería que nunca hubiera experimentado de otra manera».
6.2540 Nanotecnología: de los átomos a los sistemas
El trabajo de laboratorio de cada semana se basa en los anteriores, comenzando en el nivel nano y micro y pasando a dispositivos a gran escala. Los estudiantes aprenden sobre las interacciones luz-materia y construyen sus propios microscopios y espectrómetros, luego usan sus nuevas herramientas para caracterizar los materiales y dispositivos que fabrican a lo largo del trimestre. Más adelante en el semestre, estudian el poder de la mecánica cuántica y el diseño de nanomateriales por síntesis química de puntos cuánticos, ajustando su color de emisión controlando su tamaño. La semana siguiente, utilizan puntos cuánticos para diseñar y fabricar un LED. A este laboratorio le sigue el diseño y la fabricación de un sensor químico de túnel cuántico basado en compuestos de grafeno-polímero. En el laboratorio final, los estudiantes usan estos LED y sensores de tunelización para integrar una pantalla LED pixelada en un sistema de visualización de sensor portátil.
Para sus proyectos de fin de semestre, los estudiantes se dividen en equipos para diseñar y construir algo completamente desde cero, siempre que su idea utilice la ciencia, los materiales y las técnicas que se trataron en clase y tenga al menos una característica de menos de 100 nanómetros. En el semestre de otoño de 2022, los estudiantes universitarios fabricaron memristores para la informática no convencional de próxima generación; lentes estructuradas inspiradas en la naturaleza para mejorar la eficiencia de los LED; supercondensadores de grafeno flexibles para almacenamiento de energía solar; un oxímetro de pulso flexible; células solares en tándem basadas en ingeniería de banda prohibida; y un transistor que utiliza materiales 2D atómicamente delgados.
Además de la experiencia práctica en el uso de herramientas de ingeniería a nanoescala en la sala limpia y otros laboratorios en MIT.nano, 6.2540 brinda la oportunidad para que los estudiantes de pregrado presenten en la conferencia Informe anual de investigación de microsistemas (MARC), copatrocinado por Microsystems Technology Laboratories. y MIT. nano Este evento de larga duración, que reúne a más de 200 profesores, estudiantes y socios de la industria del MIT cada año, tradicionalmente ofrece investigación a nivel de posgrado.
