Наноэлектронная элементная база информатики. Качественно новые направления

Упражнение 1:

Номер 1

Попробуйте дать ответ на такой "интересный" вопрос: почему электроны с противоположно ориентированными спинами, находясь практически на одной и той же молекулярной орбитали, не мешают друг другу?

Ответ:

(1) потому что электроны в атоме с такими энергиями ведут себя как волны

(2) нельзя, потому что эти величины являются неопределенными

(3) можно, поскольку каждой молекулярной орбитали соответствует своя энергия электрона

(4) они отличаются лишь по энергии и имеют разные волновые состояния. Но поскольку все электроны тождественны, то, если электроны поменять местами, от этого в свойствах молекулы ничего не изменится

Номер 2

Попробуйте дать ответ на такой "интересный" вопрос: почему молекулярные орбитали могут "спокойно" пересекаться, и это не приводит к "катастрофам"?

Ответ:

(1) потому что электроны в атоме с такими энергиями ведут себя как волны

(2) нельзя, потому что эти величины являются неопределенными

(3) можно, поскольку каждой молекулярной орбитали соответствует своя энергия электрона

(4) они отличаются лишь по энергии и имеют разные волновые состояния. Но поскольку все электроны тождественны, то, если электроны поменять местами, от этого в свойствах молекулы ничего не изменится

Номер 3

Попробуйте дать ответ на такой "интересный" вопрос: можно ли говорить о координате или импульсе электрона на молекулярной орбитали? Почему?

Ответ:

(1) потому что электроны в атоме с такими энергиями ведут себя как волны

(2) нельзя, потому что эти величины являются неопределенными

(3) можно, поскольку каждой молекулярной орбитали соответствует своя энергия электрона

(4) они отличаются лишь по энергии и имеют разные волновые состояния. Но поскольку все электроны тождественны, то, если электроны поменять местами, от этого в свойствах молекулы ничего не изменится

Номер 4

Попробуйте дать ответ на такой "интересный" вопрос: можно ли говорить об энергии электрона на молекулярной орбитали? Почему?

Ответ:

(1) потому что электроны в атоме с такими энергиями ведут себя как волны

(2) нельзя, потому что эти величины являются неопределенными

(3) можно, поскольку каждой молекулярной орбитали соответствует своя энергия электрона

(4) они отличаются лишь по энергии и имеют разные волновые состояния. Но поскольку все электроны тождественны, то, если электроны поменять местами, от этого в свойствах молекулы ничего не изменится

Номер 5

Попробуйте дать ответ на такой "интересный" вопрос: отличаются ли между собой электроны, находящиеся на разных молекулярных орбиталях? Изменится ли что-нибудь в свойствах молекулы, если эти электроны поменять местами?

Ответ:

(1) потому что электроны в атоме с такими энергиями ведут себя как волны

(2) нельзя, потому что эти величины являются неопределенными

(3) можно, поскольку каждой молекулярной орбитали соответствует своя энергия электрона

(4) они отличаются лишь по энергии и имеют разные волновые состояния. Но поскольку все электроны тождественны, то, если электроны поменять местами, от этого в свойствах молекулы ничего не изменится

Упражнение 2:

Номер 1

Запишите свойства молекул, которые на Ваш взгляд могут быть использованы для построения: оперативных запоминающих устройств.

Ответ:

(1) способность молекулы к обратимому изменению своей конфигурации, к изменению ориентации своего электрического дипольного или магнитного момента, способность переходить с одного энергетического состояния в другое, способность к обратимым химическим взаимодействиям

(2) способность молекул поворачивать плоскость поляризации света, изменять квантовый выход люминесценции под действием внешних воздействий, способность к обратимым фотохимическим реакциям

(3) возможность продолжительно сохранять свой химический состав и порядок расположения атомов

(4) способность к деформации и сдвигу молекулярных орбиталей под действием внешнего электрического поля, способность к изменению своей электропроводности под действием внешних факторов

(5) способность изменять свою электропроводность или квантовый выход люминесценции под действием внешних воздействий, способность к избирательному координационному или химическому взаимодействию с другими молекулами или молекулярными группами (молекулярное распознавание)

Номер 2

Запишите свойства молекул, которые на Ваш взгляд могут быть использованы для построения: устройств отображения информации.

Ответ:

(1) способность молекулы к обратимому изменению своей конфигурации, к изменению ориентации своего электрического дипольного или магнитного момента, способность переходить с одного энергетического состояния в другое, способность к обратимым химическим взаимодействиям

(2) способность молекул поворачивать плоскость поляризации света, изменять квантовый выход люминесценции под действием внешних воздействий, способность к обратимым фотохимическим реакциям

(3) возможность продолжительно сохранять свой химический состав и порядок расположения атомов

(4) способность к деформации и сдвигу молекулярных орбиталей под действием внешнего электрического поля, способность к изменению своей электропроводности под действием внешних факторов

(5) способность изменять свою электропроводность или квантовый выход люминесценции под действием внешних воздействий, способность к избирательному координационному или химическому взаимодействию с другими молекулами или молекулярными группами (молекулярное распознавание)

Номер 3

Запишите свойства молекул, которые на Ваш взгляд могут быть использованы для построения: устройств долговременного хранения информации.

Ответ:

(1) способность молекулы к обратимому изменению своей конфигурации, к изменению ориентации своего электрического дипольного или магнитного момента, способность переходить с одного энергетического состояния в другое, способность к обратимым химическим взаимодействиям

(2) способность молекул поворачивать плоскость поляризации света, изменять квантовый выход люминесценции под действием внешних воздействий, способность к обратимым фотохимическим реакциям

(3) возможность продолжительно сохранять свой химический состав и порядок расположения атомов

(4) способность к деформации и сдвигу молекулярных орбиталей под действием внешнего электрического поля, способность к изменению своей электропроводности под действием внешних факторов

(5) способность изменять свою электропроводность или квантовый выход люминесценции под действием внешних воздействий, способность к избирательному координационному или химическому взаимодействию с другими молекулами или молекулярными группами (молекулярное распознавание)

Номер 4

Запишите свойства молекул, которые на Ваш взгляд могут быть использованы для построения: устройств логической обработки информации.

Ответ:

(1) способность молекулы к обратимому изменению своей конфигурации, к изменению ориентации своего электрического дипольного или магнитного момента, способность переходить с одного энергетического состояния в другое, способность к обратимым химическим взаимодействиям

(2) способность молекул поворачивать плоскость поляризации света, изменять квантовый выход люминесценции под действием внешних воздействий, способность к обратимым фотохимическим реакциям

(3) возможность продолжительно сохранять свой химический состав и порядок расположения атомов

(4) способность к деформации и сдвигу молекулярных орбиталей под действием внешнего электрического поля, способность к изменению своей электропроводности под действием внешних факторов

(5) способность изменять свою электропроводность или квантовый выход люминесценции под действием внешних воздействий, способность к избирательному координационному или химическому взаимодействию с другими молекулами или молекулярными группами (молекулярное распознавание)

Номер 5

Запишите свойства молекул, которые на Ваш взгляд могут быть использованы для построения: сенсоров.

Ответ:

(1) способность молекулы к обратимому изменению своей конфигурации, к изменению ориентации своего электрического дипольного или магнитного момента, способность переходить с одного энергетического состояния в другое, способность к обратимым химическим взаимодействиям

(2) способность молекул поворачивать плоскость поляризации света, изменять квантовый выход люминесценции под действием внешних воздействий, способность к обратимым фотохимическим реакциям

(3) возможность продолжительно сохранять свой химический состав и порядок расположения атомов

(4) способность к деформации и сдвигу молекулярных орбиталей под действием внешнего электрического поля, способность к изменению своей электропроводности под действием внешних факторов

(5) способность изменять свою электропроводность или квантовый выход люминесценции под действием внешних воздействий, способность к избирательному координационному или химическому взаимодействию с другими молекулами или молекулярными группами (молекулярное распознавание)

Упражнение 3:

Номер 1

Оцените возможную плотность хранения информации в матрице молекулярной памяти, например, на основе молекул [2]-ротаксана, если для ее изготовления используют технологию с проектно-технологической нормой: 90 нм

Ответ:

(1) 3,1*10⁷ бит/мм²

(2) 1,2*10⁸ бит/мм²

(3) 2,4*10⁸ бит/мм²

(4) 5,1*10⁸ бит/мм²

(5) 1,3*10⁹ бит/мм²

Номер 2

Оцените возможную плотность хранения информации в матрице молекулярной памяти, например, на основе молекул [2]-ротаксана, если для ее изготовления используют технологию с проектно-технологической нормой: 45 нм

Ответ:

(1) 3,1*10⁷ бит/мм²

(2) 1,2*10⁸ бит/мм²

(3) 2,4*10⁸ бит/мм²

(4) 5,1*10⁸ бит/мм²

(5) 1,3*10⁹ бит/мм²

Номер 3

Оцените возможную плотность хранения информации в матрице молекулярной памяти, например, на основе молекул [2]-ротаксана, если для ее изготовления используют технологию с проектно-технологической нормой: 32 нм

Ответ:

(1) 3,1*10⁷ бит/мм²

(2) 1,2*10⁸ бит/мм²

(3) 2,4*10⁸ бит/мм²

(4) 5,1*10⁸ бит/мм²

(5) 1,3*10⁹ бит/мм²

Номер 4

Оцените возможную плотность хранения информации в матрице молекулярной памяти, например, на основе молекул [2]-ротаксана, если для ее изготовления используют технологию с проектно-технологической нормой: 22 нм

Ответ:

(1) 3,1*10⁷ бит/мм²

(2) 1,2*10⁸ бит/мм²

(3) 2,4*10⁸ бит/мм²

(4) 5,1*10⁸ бит/мм²

(5) 1,3*10⁹ бит/мм²

Номер 5

Оцените возможную плотность хранения информации в матрице молекулярной памяти, например, на основе молекул [2]-ротаксана, если для ее изготовления используют технологию с проектно-технологической нормой: 14 нм

Ответ:

(1) 3,1*10⁷ бит/мм²

(2) 1,2*10⁸ бит/мм²

(3) 2,4*10⁸ бит/мм²

(4) 5,1*10⁸ бит/мм²

(5) 1,3*10⁹ бит/мм²

Упражнение 4:

Номер 1

Оцените теоретически возможную плотность вентилей в логической сети из молекул, показанных на рисунке, если период расположения атомов углерода в молекуле составляет 0,154 нм, а часть площади, которую занимают молекулы в логической сети, составляет: 5%

Ответ:

(1) 1,4*10¹¹ вентилей/мм²

(2) 2,8*10¹¹ вентилей/мм²

(3) 5,7*10¹¹ вентилей/мм²

(4) 8,6*10¹¹ вентилей/мм²

(5) 1,1*10¹² вентилей/мм²

Номер 2

Оцените теоретически возможную плотность вентилей в логической сети из молекул, показанных на рисунке, если период расположения атомов углерода в молекуле составляет 0,154 нм, а часть площади, которую занимают молекулы в логической сети, составляет: 10%

Ответ:

(1) 1,4*10¹¹ вентилей/мм²

(2) 2,8*10¹¹ вентилей/мм²

(3) 5,7*10¹¹ вентилей/мм²

(4) 8,6*10¹¹ вентилей/мм²

(5) 1,1*10¹² вентилей/мм²

Номер 3

Оцените теоретически возможную плотность вентилей в логической сети из молекул, показанных на рисунке, если период расположения атомов углерода в молекуле составляет 0,154 нм, а часть площади, которую занимают молекулы в логической сети, составляет: 20%

Ответ:

(1) 1,4*10¹¹ вентилей/мм²

(2) 2,8*10¹¹ вентилей/мм²

(3) 5,7*10¹¹ вентилей/мм²

(4) 8,6*10¹¹ вентилей/мм²

(5) 1,1*10¹² вентилей/мм²

Номер 4

Оцените теоретически возможную плотность вентилей в логической сети из молекул, показанных на рисунке, если период расположения атомов углерода в молекуле составляет 0,154 нм, а часть площади, которую занимают молекулы в логической сети, составляет: 30%

Ответ:

(1) 1,4*10¹¹ вентилей/мм²

(2) 2,8*10¹¹ вентилей/мм²

(3) 5,7*10¹¹ вентилей/мм²

(4) 8,6*10¹¹ вентилей/мм²

(5) 1,1*10¹² вентилей/мм²

Номер 5

Оцените теоретически возможную плотность вентилей в логической сети из молекул, показанных на рисунке, если период расположения атомов углерода в молекуле составляет 0,154 нм, а часть площади, которую занимают молекулы в логической сети, составляет: 40%

Ответ:

(1) 1,4*10¹¹ вентилей/мм²

(2) 2,8*10¹¹ вентилей/мм²

(3) 5,7*10¹¹ вентилей/мм²

(4) 8,6*10¹¹ вентилей/мм²

(5) 1,1*10¹² вентилей/мм²

Упражнение 5:

Номер 1

Какую приблизительно энергию должны иметь электроны на МО боковой группы атомов (например,  или ), чтобы стать: донорами -электронов при комнатных температурах?

Ответ:

(1) не меньше, чем 200 мэВ от "дна" LUMO

(2) не больше 200 мэВ от "потолка" HOMO

(3) не меньше, чем 80 мэВ от "дна" LUMO

(4) не больше, чем 80 мэВ от "потолка" HOMO

(5) не меньше 13 мэВ от "дна" LUMO

Номер 2

Какую приблизительно энергию должны иметь электроны на МО боковой группы атомов (например,  или ), чтобы стать: акцепторами -электронов при комнатных температурах?

Ответ:

(1) не меньше, чем 200 мэВ от "дна" LUMO

(2) не больше 200 мэВ от "потолка" HOMO

(3) не меньше, чем 80 мэВ от "дна" LUMO

(4) не больше, чем 80 мэВ от "потолка" HOMO

(5) не меньше 13 мэВ от "дна" LUMO

Номер 3

Какую приблизительно энергию должны иметь электроны на МО боковой группы атомов (например,  или ), чтобы стать: донорами -электронов при температурах порядка 120 К?

Ответ:

(1) не меньше, чем 200 мэВ от "дна" LUMO

(2) не больше 200 мэВ от "потолка" HOMO

(3) не меньше, чем 80 мэВ от "дна" LUMO

(4) не больше, чем 80 мэВ от "потолка" HOMO

(5) не меньше 13 мэВ от "дна" LUMO

Номер 4

Какую приблизительно энергию должны иметь электроны на МО боковой группы атомов (например,  или ), чтобы стать: акцепторами -электронов при температурах порядка 120 К?

Ответ:

(1) не меньше, чем 200 мэВ от "дна" LUMO

(2) не больше 200 мэВ от "потолка" HOMO

(3) не меньше, чем 80 мэВ от "дна" LUMO

(4) не больше, чем 80 мэВ от "потолка" HOMO

(5) не меньше 13 мэВ от "дна" LUMO

Номер 5

Какую приблизительно энергию должны иметь электроны на МО боковой группы атомов (например,  или ), чтобы стать: донорами -электронов при температурах порядка 20 К?

Ответ:

(1) не меньше, чем 200 мэВ от "дна" LUMO

(2) не больше 200 мэВ от "потолка" HOMO

(3) не меньше, чем 80 мэВ от "дна" LUMO

(4) не больше, чем 80 мэВ от "потолка" HOMO

(5) не меньше 13 мэВ от "дна" LUMO

Упражнение 6:

Номер 1

Пользуясь вольтамперной характеристикой экспериментального молекулярного транзистора, показанной на рисунке, оцените электрическое сопротивление этого транзистора, когда сквозь него течет ток 125 пА, а напряжение на его затворе составляет: -1000 мВ

Ответ:

620

Номер 2

Пользуясь вольтамперной характеристикой экспериментального молекулярного транзистора, показанной на рисунке, оцените электрическое сопротивление этого транзистора, когда сквозь него течет ток 125 пА, а напряжение на его затворе составляет: -850 мВ

Ответ:

470

Номер 3

Пользуясь вольтамперной характеристикой экспериментального молекулярного транзистора, показанной на рисунке, оцените электрическое сопротивление этого транзистора, когда сквозь него течет ток 125 пА, а напряжение на его затворе составляет: -700 мВ

Ответ:

350

Номер 4

Пользуясь вольтамперной характеристикой экспериментального молекулярного транзистора, показанной на рисунке, оцените электрическое сопротивление этого транзистора, когда сквозь него течет ток 125 пА, а напряжение на его затворе составляет: -550 мВ

Ответ:

230

Номер 5

Пользуясь вольтамперной характеристикой экспериментального молекулярного транзистора, показанной на рисунке, оцените электрическое сопротивление этого транзистора, когда сквозь него течет ток 125 пА, а напряжение на его затворе составляет: -400 мВ

Ответ:

110

Упражнение 7:

Номер 1

Оцените размеры прозрачных электродов в пикселях жидкокристаллического телевизионного экрана с разрешающей способностью 5 линий/мм

Ответ:

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

Номер 2

Оцените размеры прозрачных электродов в пикселях жидкокристаллического телевизионного экрана с разрешающей способностью достаточной для того, чтобы на изображении высотой 300 мм были четко видны все 625 строк

Ответ:

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

Номер 3

Оцените размеры прозрачных электродов в пикселях жидкокристаллического телевизионного экрана с разрешающей способностью достаточной для того, чтобы на изображении высотой 400 мм были четко видны 720 строк телевидения повышенной четкости

Ответ:

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

Номер 4

Оцените размеры прозрачных электродов в пикселях жидкокристаллического телевизионного экрана с разрешающей способностью достаточной для того, чтобы на изображении высотой 400 мм были четко видны 1080 строк телевидения высокой четкости

Ответ:

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

Номер 5

Оцените размеры прозрачных электродов в пикселях жидкокристаллического телевизионного экрана с разрешающей способностью достаточной для того, чтобы на изображении высотой 400 мм были четко видны 1250 строк телевидения высокой четкости

Ответ:

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

Упражнение 8:

Номер 1

Оцените теоретически возможные размеры сети клеточных автоматов, построенных из молекул, изображенных на рисунке, если период расположения атомов углерода в молекуле составляет 0,154 нм: площадь одного разряда многоразрядного сумматора с переносами, если известно, что при размерах наноостровков в 20 нм его можно разместить на площади приблизительно 1,5 мкм² (ответ укажите в нм²)

Ответ:

6340

Номер 2

Оцените теоретически возможные размеры сети клеточных автоматов, построенных из молекул, изображенных на рисунке, если период расположения атомов углерода в молекуле составляет 0,154 нм: площадь процессора, состоящего из 1,6 млн. элементарных автоматов, если на них приходится 60% всей площади (ответ укажите в мкм²). Ответ введите с точностью до первого знака после запятой.

Ответ:

4,5

Номер 3

Оцените теоретически возможные размеры сети клеточных автоматов, построенных из молекул, изображенных на рисунке, если период расположения атомов углерода в молекуле составляет 0,154 нм: площадь процессора, состоящего из 32 млн. элементарных автоматов, если на них приходится 50% всей площади (ответ укажите в мкм²)

Ответ:

108

Номер 4

Оцените теоретически возможные размеры сети клеточных автоматов, построенных из молекул, изображенных на рисунке, если период расположения атомов углерода в молекуле составляет 0,154 нм: площадь процессора, состоящего из 845 млн. элементарных автоматов, если на них приходится 35% всей площади (ответ укажите в мкм²)

Ответ:

4080

Наноэлектронная элементная база информатики. Качественно новые направления - тест 4