Collaborative Research: Nonlinear Operation of Nanoelectromechanical Systems (NEMS)

合作研究:纳米机电系统的非线性操作(NEMS)

基本信息

  • 批准号:
    1934271
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 35万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-01-01 至 2024-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This project will address open scientific questions in nanotechnology leading to improved nano-scale sensors. The project will promote the progress of science and advance the national health, prosperity and security by enabling ultra-sensitive and robust nanoelectromechanical devices. Nanoelectromechanical sensors can easily detect single atoms and molecules, and are expected to provide powerful new approaches to medical diagnostics and environmental monitoring potentially with single-molecule sensitivity. This research project will vastly expand the operational parameters of nanoelectromechanical sensors and enable them to operate robustly in the nonlinear regime. The machinery and methods developed in this project will allow for widespread use of these microscopic machines and facilitate rapid progress toward the various sensing applications. The project will also contribute to U.S. workforce development by significantly enhancing undergraduate education at Gordon College, a small liberal arts institution. The overarching goals of this project are to resolve scientific questions pertinent to nonlinear operation of nanoelectromechanical resonators and to develop a toolkit for operating them. So far, nanoelectromechanical resonators have mostly been operated in the linear regime. In the linear regime, the widely-used resonance tracking techniques work by locking onto the rapidly-changing but smooth phase or amplitude response of a resonator around its mechanical resonance. However, such feedback techniques do not work in the nonlinear regime, because physical observables have discontinuous jumps due to bifurcations. Instead of focusing on complex control algorithms and controllers, this project will systematically investigate the possibility of finding novel physical observables, which may allow for controlling nonlinear resonators using standard controllers. In order to validate this project's approach, the team will develop a host of novel experimental techniques and instruments by combining nanoelectromechanical resonators with Field Programmable Gated Array (FPGA) electronics.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
该项目将解决纳米技术中的开放科学问题,从而改善纳米级传感器。该项目将通过实现超敏感和强大的纳米机械设备来促进科学的进步,并促进国家健康,繁荣和安全。纳米机电传感器可以轻松检测单个原子和分子,并有望通过单分子灵敏度为医学诊断和环境监测提供强大的新方法。该研究项目将大大扩展纳米机电传感器的操作参数,并使它们能够在非线性方案中进行稳健运行。该项目中开发的机械和方法将允许广泛使用这些微观机器,并促进朝着各种传感应用方面的快速进步。该项目还将通过在小型文科机构戈登学院(Gordon College)大大增强本科教育来为美国的劳动力发展做出贡献。该项目的总体目标是解决与纳米机电谐振器非线性操作有关的科学问题,并开发用于操作它们的工具包。到目前为止,纳米机电谐振器主要是在线性方案中运行的。在线性态度中,广泛使用的共振跟踪技术通过锁定在谐振器周围的机械共振周围的快速变化但平稳的相位或振幅响应上来起作用。但是,此类反馈技术在非线性方案中不起作用,因为由于分叉,物理可观察到的不连续的跳跃。该项目不是专注于复杂的控制算法和控制器,而是系统地研究找到新型物理可观察物的可能性,这可能允许使用标准控制器控制非线性谐振器。为了验证该项目的方法,该团队将通过将纳米电机力学谐振器与现场可编程盖特阵列(FPGA)电子设备相结合来开发许多新颖的实验技术和乐器。该奖项反映了NSF的法定任务,并被认为是通过基金会的知识优点和广泛的cricitia cripitia cripitia cripitia criperia criperia criperia criperia criperia criperia criperia criperia criperia criperia criperia criperia criperia criperia criperia cripitia cripitia cripitia recectia receptia rection。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Dynamics of NEMS resonators across dissipation limits
NEMS 谐振器跨耗散极限的动态
  • DOI:
    10.1063/5.0100318
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Ti, C.;McDaniel, J. G.;Liem, A.;Gress, H.;Ma, M.;Kyoung, S.;Svitelskiy, O.;Yanik, C.;Kaya, I. I.;Hanay, M. S.
  • 通讯作者:
    Hanay, M. S.
Optimization of Piezoresistive Motion Detection for Ambient NEMS Applications
环境 NEMS 应用的压阻式运动检测优化
  • DOI:
    10.1109/sensors47125.2020.9278593
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Ti, Chaoyang;Ari, Atakan;Orhan, Ezgi;Gonzalez, Miguel;Yanik, Cenk;Kaya, Ismet I.;Selim Hanay, M.;Ekinci, Kamil L.
  • 通讯作者:
    Ekinci, Kamil L.
The dynamics of an externally driven nanoscale beam that is under high tension and immersed in a viscous fluid
外部驱动的纳米级梁在高张力下浸入粘性流体中的动力学
  • DOI:
    10.1063/5.0100462
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    Barbish, J.;Ti, C.;Ekinci, K. L.;Paul, M. R.
  • 通讯作者:
    Paul, M. R.
Electrothermal actuation of NEMS resonators: Modeling and experimental validation
  • DOI:
    10.1063/5.0157807
  • 发表时间:
    2023-08-21
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    Ma,Monan;Ekinci,K. L.
  • 通讯作者:
    Ekinci,K. L.
Multimode Brownian dynamics of a nanomechanical resonator in a viscous fluid
粘性流体中纳米机械谐振器的多模布朗动力学
  • DOI:
    10.1103/physrevapplied.20.044061
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Gress, H.;Barbish, J.;Yanik, C.;Kaya, I.I.;Erdogan, R.T.;Hanay, M.S.;González, M.;Svitelskiy, O.;Paul, M.R.;Ekinci, K.L.
  • 通讯作者:
    Ekinci, K.L.
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