nanoHUB

nanoHUB.org es un portal de ciencia e ingeniería que comprende recursos aportados por la comunidad y orientado a la educación, la creación de redes profesionales y herramientas de simulación interactivas para la nanotecnología . ^{[ 1 ]} Financiado por la Fundación Nacional de Ciencias de los Estados Unidos (NSF), es un producto de la Red para la Nanotecnología Computacional (NCN). La NCN apoya los esfuerzos de investigación en nanoelectrónica ; nanomateriales ; sistemas nanoelectromecánicos (NEMS); nanofluídica ; nanomedicina , nanobiología ; y nanofotónica .

La Red de Nanotecnología Computacional se estableció en 2002 ^{[ 2 ]} para crear un recurso para la nanociencia y la nanotecnología a través de servicios en línea para la investigación, la educación y la colaboración profesional. Inicialmente una iniciativa multiuniversitaria de ocho instituciones miembros, entre ellas la Universidad de Purdue , la Universidad de California en Berkeley , la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign , el Instituto Tecnológico de Massachusetts , el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley Molecular Foundry , la Universidad Estatal de Norfolk , la Universidad Northwestern y la Universidad de Texas en El Paso , NCN ahora opera completamente en Purdue.

La Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. (NSF) otorgó subvenciones por un valor aproximado de 14 millones de dólares entre 2002 y 2010, con Mark S. Lundstrom como investigador principal . ^{[ 3 ]} Desde 2007, la NSF ha concedido subvenciones continuas con Gerhard Klimeck como investigador principal y Alejandro Strachan como coinvestigador principal , con una financiación total superior a los 20 millones de dólares. ^{[ 4 ]}

El portal web de NCN es nanoHUB.org y es una instancia de un hub HUBzero . Ofrece herramientas de simulación, materiales de cursos, conferencias, seminarios, tutoriales, grupos de usuarios y reuniones en línea. ^{[ 5 ] [ 6 ]} Las herramientas de simulación interactivas son accesibles desde navegadores web y se ejecutan a través de una red de computación distribuida en la Universidad de Purdue , así como TeraGrid y Open Science Grid . Estos recursos son proporcionados por cientos de miembros colaboradores de la comunidad de nanociencia. ^{[ 7 ]}

Tipos de recursos principales: ^{[ 8 ]}

• Herramientas de simulación interactivas para la nanotecnología y campos relacionados.
• Planes de estudio para educadores
• Noticias y eventos sobre nanotecnología
• Conferencias, podcasts y materiales de aprendizaje en múltiples formatos.
• seminarios en línea
• Talleres en línea
• Grupos de usuarios
• Salas de reuniones grupales en línea
• Espacios de trabajo virtuales de Linux que facilitan el desarrollo de herramientas dentro de una máquina Linux en el navegador.

nanoHUB ofrece herramientas de simulación en el navegador orientadas a la enseñanza de la nanotecnología, la ingeniería eléctrica, la ciencia de los materiales, la química y los semiconductores. Las simulaciones de nanoHUB están disponibles para los usuarios como herramientas independientes y como parte de planes de estudio estructurados que incluyen numerosas herramientas. Los usuarios pueden desarrollar y contribuir con sus propias herramientas para su implementación en tiempo real.

Algunos ejemplos de herramientas son: ^{[ 9 ]}

SCHRED

calcula las funciones de onda de la envolvente y las energías de los estados ligados correspondientes en una estructura típica de metal-óxido-semiconductor (MOS) o semiconductor-óxido-semiconductor (SOS) y una estructura típica de SOI resolviendo de forma autoconsistente la ecuación de Poisson unidimensional (1D) y la ecuación de Schrödinger 1D .

Laboratorio de puntos cuánticos

Calcula los estados propios de una partícula en una caja de diversas formas, incluyendo cúpulas y pirámides.

Herramienta Monte Carlo masiva

Calcula los valores globales de la velocidad de deriva de los electrones , la energía media de los electrones y la movilidad de los electrones para campos eléctricos aplicados en una dirección cristalográfica arbitraria tanto en materiales de la columna 4 (Si y Ge) como en materiales III-V (GaAs, SiC y GaN).

Visor de cristales

Esta herramienta ayuda a visualizar diversos tipos de redes de Bravais , planos e índices de Miller necesarios para muchos cursos de ciencia de materiales, electrónica y química. Además, permite visualizar sistemas macroscópicos de diferentes materiales (silicio, InAs, GaAs, diamante, grafeno, buckybola ).

Laboratorio de Estructura de Bandas

Calcula y visualiza las estructuras de bandas de semiconductores masivos, películas delgadas y nanocables para diversos materiales, orientaciones de crecimiento y condiciones de deformación. A partir de las estructuras de bandas calculadas, también se pueden obtener parámetros físicos como la banda prohibida y la masa efectiva .

Kit de herramientas de simulación de nanomateriales

Utiliza dinámica molecular para simular materiales a escala atómica.

Cálculos DFT con Quantum ESPRESSO

Utiliza la teoría del funcional de la densidad para simular la estructura electrónica de los materiales.

La mayoría de los usuarios provienen de instituciones académicas que utilizan nanoHUB como parte de sus actividades de investigación y docencia. También hay usuarios de laboratorios nacionales y de la industria privada. Como recurso científico, nanoHUB fue citado cientos de veces en la literatura científica, alcanzando su punto máximo en 2009. ^{[ 12 ] [ 13 ]} Aproximadamente el sesenta por ciento de las citas provienen de autores no afiliados a la NCN. Más de 200 de las citas se refieren a la investigación en nanotecnología, y más de 150 de ellas citan el uso concreto del recurso. Veinte citas profundizan en el uso de nanoHUB en la educación y más de 30 se refieren a nanoHUB como un ejemplo de ciberinfraestructura nacional.

La iniciativa de cursos en línea nanoHUB-U ^{[ 14 ]} se desarrolló para permitir a los estudiantes estudiar un tema en un marco de cinco semanas, aproximadamente equivalente a una clase de 1 crédito. No se otorgan créditos: los cuestionarios y exámenes son sencillos y están diseñados para ayudar al aprendizaje en lugar de realizar pruebas rigurosas de habilidades adquiridas. Con el espíritu de una universidad de investigación, los cursos nanoHUB-U buscan incorporar nuevos avances y conocimientos de la investigación al plan de estudios; además, la simulación (a menudo de nanoHUB) está ampliamente incluida en los cursos. Se hace todo lo posible para presentar los cursos de manera que sean accesibles para estudiantes de posgrado principiantes con una variedad de diferentes antecedentes y con un número mínimo de prerrequisitos. El curso ideal de nanoHUB-U es accesible para cualquier estudiante con un título de pregrado en ingeniería o ciencias físicas. Los cursos incluyen nanoelectrónica, materiales a nanoescala y caracterización a nanoescala. Los cursos nanoHUB-U ahora forman parte de edX .

• Informática de materiales
• Ingeniería de materiales computacional integrada
• Modelado multiescala

• Revista EDUCAUSE, vol. 42, n.º 6 - nanoHUB: Comunidad y colaboración
• Publicaciones relacionadas con HUBzero
• Recursos federales para la excelencia educativa
• IBM.com: nanoHUB hace bien el trabajo de computación remota.
• Alan Henry (28 de agosto de 2007). "Científicos se conectan en nanoHUB" . Appscout . Archivado del original el 16 de julio de 2011.

• Sitio web oficial