Multiscale Computational Analysis of Nanoelectromechanical Systems (NEMS)

纳米机电系统 (NEMS) 的多尺度计算分析

基本信息

  • 批准号:
    0800474
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 23.84万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2008
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2008-05-01 至 2012-04-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The research objective of this award is to develop a unified methodology for multiscale coupled electromechanical analysis of nanoelectromechanical systems (NEMS). The proposed approach consists of multiscale analyses for both mechanical and electrostatic domains of NEMS. In this approach, NEM structures are decomposed into substructures through a top-down hierarchical substructure decomposition. Atomistic descriptions are employed to compute the mechanical normal modes and electronic wave functions in the substructures where nano effects, such as surface effects, quantum effects and electron-phonon interactions, are significant. The atomistic descriptions are then incorporated into mechanical and electrostatic continuum theories through a multilevel component mode synthesis (MCMS) technique to generate a reduced-order system for self-consistent coupled electromechanical analysis. This methodology will be employed to perform computational analysis, design and optimization of nanoelectromechanical devices. Computational tools will be developed and provided to the public.If successful, the results of this research will provide a novel methodology for accurate and efficient multiscale multiphysics analysis of NEM structures to achieve better understanding and prediction of the behavior of NEMS. Computational tools developed in this research will facilitate the design and optimization of future NEMS products. Online computational tools and web courses will also be offered to enable remote online simulation and learning. Graduate and undergraduate students will benefit through the multidisciplinary research and gain exposure to a variety of engineering and scientific areas such as mechanics, electronics, solid state physics, numerical analysis and computer science. The collaboration of students to achieve the research goals will provide them experience in interacting within a project team of various skills and will positively impact their future careers.
该奖项的研究目标是为纳米机电系统(NEMS)的多尺度耦合机电分析开发一种统一的方法。所提出的方法包括对NEM机械和静电结构域的多尺度分析。在这种方法中,NEM结构通过自上而下的分层子结构分解分解为子结构。使用原子描述来计算机械正常模式和电子波函数,其中纳米效应(例如表面效应,量子效应和电子 - 音波相互作用)很重要。然后,通过多级组件模式合成(MCMS)技术将原子描述纳入机械和静电连续理论中,以生成减少阶系统以进行自洽耦合机电分析。该方法将用于执行纳米机电设备的计算分析,设计和优化。如果成功的结果将为NEM结构的准确有效的多尺度多物理分析提供一种新颖的方法,以更好地理解和预测NEM的行为。 这项研究开发的计算工具将促进未来NEMS产品的设计和优化。还将提供在线计算工具和网络课程,以启用远程在线模拟和学习。研究生和本科生将通过多学科研究受益,并获得各种工程和科学领域的接触,例如力学,电子,固态物理学,数值分析和计算机科学。实现研究目标的学生的合作将为他们提供各种技能项目团队互动的经验,并将对他们的未来职业产生积极影响。

项目成果

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