nanoHUB - nanoHUB

nanoHUB.org
NanoHUB N COLOR HIRES.png
NanoHUB.org logosu
Site türü
Bilimsel araştırma desteği
URL www .nanohub .org
Ticari Hayır
Başlatıldı 2002

nanoHUB.org , topluluğun katkıda bulunduğu kaynaklardan oluşan ve eğitim, profesyonel ağ oluşturma ve nanoteknoloji için etkileşimli simülasyon araçlarına yönelik bir bilim ve mühendislik ağ geçididir . Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Bilim Vakfı (NSF) tarafından finanse edilen, Hesaplamalı Nanoteknoloji Ağı'nın (NCN) bir ürünüdür. NCN, nanoelektronik alanındaki araştırma çabalarını destekler ; nanomalzemeler ; nanoelektromekanik sistemler (NEMS); nanoakışkanlar ; nanotıp , nanobiyoloji ; ve nanofotonik .

Tarih

Hesaplamalı Nanoteknoloji Ağı, araştırma, eğitim ve profesyonel işbirliği için çevrimiçi hizmetler aracılığıyla nanobilim ve nanoteknoloji için bir kaynak oluşturmak amacıyla 2002 yılında kurulmuştur. Başlangıçta dahil olmak üzere sekiz üye kurumların çok üniversite girişimi Purdue Üniversitesi , Berkeley'de Kaliforniya Üniversitesi , Urbana-Champaign Illinois Üniversitesi'nde , Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nde , Moleküler Foundry'den de Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı , Norfolk State University , Northwestern University ve El Paso'daki Texas Üniversitesi , NCN artık tamamen Purdue'de faaliyet gösteriyor.

ABD Ulusal Bilim Vakfı (NSF), baş araştırmacı Mark S. Lundstrom'a 2002'den 2010'a kadar yaklaşık 14 milyon dolarlık hibe sağladı . Devam eden ABD NSF hibeleri, 2007'den beri baş araştırmacı Gerhard Klimeck ve yardımcı araştırmacı Alejandro Strachan tarafından toplam 20 milyon doların üzerinde fonla verilmektedir.

Kaynaklar

Web portalı NCN ait nanoHUB.org ve bir örneğidir HUBzero göbeğine. Simülasyon araçları, kurs materyalleri, dersler, seminerler, öğreticiler, kullanıcı grupları ve çevrimiçi toplantılar sunar. Etkileşimli simülasyon araçlarına web tarayıcılarından erişilebilir ve Purdue Üniversitesi'nin yanı sıra TeraGrid ve Open Science Grid'deki dağıtılmış bir hesaplama ağı aracılığıyla çalıştırılır . Bu kaynaklar nanobilim topluluğundaki yüzlerce üye katılımcı tarafından sağlanmaktadır.

Ana kaynak türleri:

  • Nanoteknoloji ve ilgili alanlar için etkileşimli simülasyon araçları
  • Eğitimciler için kurs müfredatı
  • Nanoteknoloji için haberler ve etkinlikler
  • Birden çok formatta dersler, podcast'ler ve öğrenme materyalleri
  • Çevrimiçi seminerler
  • Çevrimiçi atölyeler
  • Kullanıcı Grupları
  • Çevrimiçi grup toplantı odaları
  • Tarayıcı içi bir Linux makinesinde araç geliştirmeyi kolaylaştıran sanal Linux çalışma alanları

Simülasyon araçları

NanoHUB, nanoteknoloji, elektrik mühendisliği, malzeme bilimi, kimya ve yarı iletken eğitimine yönelik tarayıcı içi simülasyon araçları sağlar. nanoHUB simülasyonları, hem bağımsız araçlar hem de çok sayıda araç içeren yapılandırılmış öğretim ve öğrenim müfredatının bir parçası olarak kullanıcılara sunulur. Kullanıcılar, canlı dağıtım için kendi araçlarını geliştirebilir ve bunlara katkıda bulunabilir.

Araç örnekleri şunları içerir:

SCHRED
tipik bir Metal-Oksit-Yarı İletken (MOS) veya Yarıiletken-Oksit-Yarıiletken (SOS) yapısında zarf dalga fonksiyonlarını ve karşılık gelen sınır durum enerjilerini ve tek boyutlu (1D) Poisson denklemini kendi kendine tutarlı bir şekilde çözerek tipik bir SOI yapısını hesaplar ve 1D Schrödinger denklemi .
Quantum Dot Lab
Kubbeler ve piramitler dahil olmak üzere çeşitli şekillerdeki bir kutuda bir parçacığın özdurumlarını hesaplar .
Toplu Monte Carlo Aracı
Hem kolon 4 (Si ve Ge) hem de III-V (GaAs, SiC ve GaN) malzemelerinde isteğe bağlı kristalografik yönde uygulanan elektrik alanları için elektron sürüklenme hızı , elektron ortalama enerjisi ve elektron hareketliliğinin toplu değerlerini hesaplar .
Kristal Görüntüleyici
birçok malzeme, elektronik ve kimya dersi için gerekli olan çeşitli Bravais kafesleri , düzlemleri ve Miller indekslerini görselleştirmeye yardımcı olur . Ayrıca farklı malzemeler için büyük dökme sistemler (Silikon, InAs, GaAs, elmas, grafen, Buckyball ) bu araç kullanılarak görüntülenebilir.
Bant Yapısı Laboratuvarı
çeşitli malzemeler, büyüme yönelimleri ve gerinim koşulları için yığın yarı iletkenlerin, ince filmlerin ve nanotellerin bant yapılarını hesaplar ve görselleştirir . Bant aralığı ve etkili kütle gibi fiziksel parametreler de hesaplanan bant yapılarından elde edilebilir.
nano Malzeme Simülasyonu Araç Seti
Atom ölçeğindeki malzemeleri simüle etmek için moleküler dinamik kullanır .
Quantum ESPRESSO ile DFT hesaplamaları
Malzemelerin elektronik yapısını simüle etmek için yoğunluk fonksiyonel teorisini kullanır .

Altyapı

Rappture Toolkit

Rappture (Hızlı Uygulama altyapısı) araç seti, büyük bir bilimsel uygulama sınıfının geliştirilmesi için temel altyapıyı sağlayarak, bilim insanlarının kendi çekirdek algoritmalarına odaklanmasına olanak tanır. Bunu dilden bağımsız bir şekilde yapar, böylece Rappture'a C / C ++, Fortran ve Python dahil olmak üzere çeşitli programlama ortamlarında erişebilirsiniz. Bir geliştirici, Rappture'ı kullanmak için simülatör için tüm giriş ve çıkışları açıklar ve Rappture , araç için otomatik olarak bir Grafik Kullanıcı Arayüzü (GUI) oluşturur.

Jupyter defterleri

NanoHUB'daki mevcut Rappture GUI araçlarını tamamlamak için , 2017'den beri daha yeni tarayıcı tabanlı Jupyter dizüstü bilgisayarlar da nanoHUB'da mevcuttur. NanoHUB'daki Jupyter, dizüstü bilgisayarlarla birlikte nanoHUB'da mevcut bilimsel yazılımı ve en önemlisi tüm Rappture araçlarını kullanarak yeni olanaklar sunar serpiştirilmiş kod (ör. Python , metin ve multimedya.

Çalışma alanları

Çalışma alanı, NCN'nin Rappture araç setine ve NCN, Open Science Grid ve TeraGrid ağlarında bulunan hesaplama kaynaklarına erişim sağlayan bir tarayıcı içi Linux masaüstü bilgisayardır. Bu kaynaklar, araştırma yapmak için veya yeni simülasyon araçları için bir geliştirme alanı olarak kullanılabilir. Kod yükleyebilir, derleyebilir, test edebilir ve hata ayıklayabilir. Kod bir çalışma alanında test edildikten ve düzgün çalıştıktan sonra, nanoHUB'da canlı bir araç olarak dağıtılabilir.

Bir kullanıcı, verileri bir çalışma alanına ve dışına aktarmak için normal Linux araçlarını kullanabilir. Örneğin, sftp yourlogin@sftp.nanohub.org bir nanoHUB dosya paylaşımıyla bağlantı kuracaktır. Kullanıcılar ayrıca , yerel bir masaüstünde nanoHUB dosyalarına erişmek için Windows, Macintosh ve Linux işletim sistemlerinde yerleşik WebDAV desteğini kullanabilir .

Ara yazılım

Web sunucusu dinamik gelen aktarmak amacıyla bir cini kullanan VNC bir uygulama oturumu çalıştığı yürütme ana bilgisayara bağlantı. Bir dosya içe veya dışa aktarma işleminin gerçekleştirildiği ayrı bir kanal ayarlamak için bağlantı noktası yönlendiricisini kullanmak yerine, tarayıcıda ana nanoHUB web sunucusu üzerinden bir dosya aktarımını aktaran bir eylemi tetiklemek için VNC kullanır. Bu yetenekleri web sunucusunda birleştirmenin birincil avantajı, nanoHUB'a giriş noktasını tek bir adresle sınırlandırmasıdır: www.nanohub.org. Bu, güvenlik modelini basitleştirir ve yönetilecek bağımsız güvenlik sertifikalarının sayısını azaltır.

Çoğu iletişimi web sunucusu aracılığıyla birleştirmenin bir dezavantajı, bireysel kullanıcılar tarafından çok fazla veri aktarıldığında ölçeklenebilirliğin olmamasıdır. Bir ağ trafiği sıkışıklığını önlemek için, web sunucusu çoğaltılabilir ve DNS round-robin seçimi yoluyla tek bir ad altında kümelenebilir.

Maxwell'i destekleyen arka uç yürütme ana bilgisayarları, geleneksel Unix sistemleri, Xen sanal makineleri ve OpenVZ tabanlı bir sanallaştırma biçimi ile çalışabilir . Her sistem için, her oturum için bir VNC sunucusu önceden başlatılır. OpenVZ kullanıldığında, bu VNC sunucusu sanal bir konteynerin içinde başlatılır. Bu kapta çalışan işlemler, fiziksel sistemdeki diğer işlemleri göremez, diğer kullanıcılar tarafından uygulanan CPU yükünü göremez, fiziksel makinenin kaynaklarına hakim olamaz veya giden ağ bağlantıları yapamaz. OpenVZ tarafından empoze edilen kısıtlamaları seçici olarak geçersiz kılarak, kullanıcının uzaktan kullanabileceği her uygulama oturumu için tamamen özel bir ortam sentezlemek mümkündür.

Kullanım

Kullanıcıların çoğu, araştırma ve eğitim faaliyetlerinin bir parçası olarak nanoHUB kullanan akademik kurumlardan gelmektedir. Kullanıcılar ayrıca ulusal laboratuvarlardan ve özel sektörden geliyor. Bilimsel bir kaynak olarak nanoHUB, bilimsel literatürde yüzlerce kez alıntılanmış ve 2009'da zirveye ulaşmıştır. Alıntıların yaklaşık yüzde altmışı NCN'ye bağlı olmayan yazarlardan kaynaklanmaktadır. Alıntıların 200'den fazlası nanoteknoloji araştırmalarına atıfta bulunmakta ve bunların 150'den fazlası somut kaynak kullanımına atıfta bulunmaktadır. Eğitimde nanoHUB kullanımıyla ilgili yirmi alıntı ve 30'dan fazla alıntı, ulusal siber altyapı örneği olarak nanoHUB'a atıfta bulunuyor.

nanoHUB-U

NanoHUB-U çevrimiçi kurs girişimi, öğrencilerin yaklaşık olarak 1 kredilik bir sınıfa eşdeğer beş haftalık bir çerçevede bir konuyu incelemelerini sağlamak için geliştirilmiştir. Kredi verilmez - sınavlar ve sınavlar basittir ve edinilen beceriler için zorlu testler yerine öğrenmeye yardımcı olmaları amaçlanmıştır. Bir araştırma üniversitesi ruhu içinde, nanoHUB-U kursları, araştırmadan müfredata yeni gelişmeler ve anlayış getirmeyi amaçlamaktadır; ek olarak, simülasyon (genellikle nanoHUB'dan) kurslara büyük ölçüde dahil edilir. Dersleri, minimum sayıda önkoşul ile çeşitli farklı geçmişlere sahip yeni başlayan lisansüstü öğrenciler için erişilebilir bir şekilde sunmak için her türlü çaba gösterilmektedir. İdeal nanoHUB-U kursuna mühendislik veya fiziksel bilimler alanında lisans derecesi olan tüm öğrenciler erişebilir. Dersler arasında nanoelektronik, nano ölçekli malzemeler ve nano ölçekli karakterizasyon yer alır. nanoHUB-U kursları artık edX'in bir parçasıdır .

Ayrıca bakınız

Referanslar

daha fazla okuma

Dış bağlantılar