XII Олимпиада по нанотехнологиям (с решениями) - часть 6

 

 

 

 

Юный эрудит (заочный тур) 
Задача 6. Физический филворд 

 
В поле зашифрованы 11 слов: 10 из них описаны ниже, а одно надо составить из оставшихся 
букв.  Слова  не  обязательно  должны  быть  записаны  в  одну  линию,  они  могут  содержать 
изломы (но не по диагонали). Одна буква может принадлежать только одному слову.  
 

О  Н  Ш  Р  К  Л  А  С  Р  Л 

Т  И  С 

Е  Д  И  Н  Т  Е  Т 

Ф  Э  К 

Ф  О  Т  Г  Е  Р  Р 

Н  А  Н  У  Н  О  Р  О  Т  А 

О  Т 

Р 

К  И  Е  И  Я  С  Н 

С  Р 

У 

А  А  Б  Ц  А  И  З 

А  М  Б 

К  А  Е  Р  Р  О  М 

О  О  П  И  Е  Я  И  Л  Н  Е 

Р  Г 

Э  Т  А  К  С  Я  А  Т 

Н  А  Н  И  З  А  Ц  И  Н  Р 

 

1.

 

Наука,  занимающаяся  изучением  оптических  сигналов  и  возможностью  создания 

устройств на их основе. 

2.

 

Погрешность изображения в оптической системе, связанная с отклонением луча. 

3.

 

Явление самопроизвольного упорядочения сложной системы. 

4.

 

Миллиардная часть метра. 

5.

 

Квазичастица, которая представляет собой связанное состояние «электрон-дырка». 

6.

 

Упорядоченный рост одного кристалла на поверхности другого. 

7.

 

Физик-теоретик, придумавший эксперимент про дуального кота. 

8.

 

Полупроводниковый триод. 

9.

 

Модификация  углерода,  электрические  свойства  которой  сильно  зависят  от 

структуры. 

10.

 

Устойчивое образование, состоящее из нескольких атомов или молекул. 

 
Всего – 6 баллов 

42

 

 

 

 

Юный эрудит (заочный тур) 
Решение задачи 6. Физический филворд 

 

О  Н  Ш  Р  К  Л  А  С  Р  Л 

Т  И  С  Е  Д  И  Н  Т  Е  Т 

Ф  Э  К  Ф  О  Т  Г  Е  Р  Р 

Н  А  Н  У  Н  О  Р  О  Т  А 

О  Т 

Р  К  И  Е  И  Я  С  Н 

С  Р 

У  А  А  Б  Ц  А  И  З 

А  М  Б  К  А  Е  Р  Р  О  М 

О  О  П  И  Е  Я  И  Л  Н  Е 

Р 

Г 

Э  Т  А  К  С  Я  А  Т 

Н  А  Н  И  З  А  Ц  И  Н  Р 

 

1.

 

Фотоника 

2.

 

Аберрация 

3.

 

Самоорганизация 

4.

 

Нанометр 

5.

 

Экситон 

6.

 

Эпитаксия 

7.

 

Шредингер 

8.

 

Транзистор 

9.

 

Нанотрубка 

10.

 

Кластер 

11.

 

Фуллерен 

 
Система оценивания 
 
Всего 6 баллов: 1 балл за слово «фуллерен» и по 0.5 балла за каждое из остальных 10 слов. 

43

 

 

 

 

Юный эрудит (заочный тур) 
Задача 7. Закон Мура действует?.. 

 
Известный эмпирический закон Г. Мура предсказывает удвоение количества транзисторов в 
микрочипах каждые два года за счет уменьшения их топологических размеров. Несмотря на 
физические  ограничения  и  сложности  производства,  разработчикам  до  сих  пор  удается 
регулярно  внедрять  все  новые  и  новые  технологические  процессы,  уменьшая  размер 
элементарных  компонентов  уже  до  единиц  нанометров  и  наращивая,  таким  образом, 
количество транзисторов на чипе. 
 

1.

 

Каков  предельный  размер  компонентов  в  технологическом  процессе,  внедренном  в 

производство к настоящему времени? (1 балл)  
 

2.

 

Какой  технологический  процесс  находится  сейчас  в  стадии  разработки  и  должен 

прийти ему на смену в ближайшее время? (1 балл) 

 

3.

 

Первый массовый процессор, выпущенный в 1971 г., содержал 2.3 тыс. транзисторов, 

а  наиболее  современный  в  2017  г.  –  около  20  млрд.  Действует  ли  все  еще  закон 
Мура? (3 балла) 

 
Всего – 5 баллов 

44

 

 

 

 

Юный эрудит (заочный тур) 
Решение задачи 7. Закон Мура действует?.. 

 
1 – 2.  В  настоящее  время  разработан  технологический  процесс  с  предельным  размером 

компонентов  в  7  нм,  в  то  время  как  перспективный  разрабатываемый  процесс 
позволит уменьшить этот размер до 5 нм. 

 

3.

 

С момента выпуска первого процессора прошло ~ 46 лет. За это время удвоение числа 
транзисторов  должно  было  случиться  23  раза.  Ожидаемое  число  транзисторов  к 
настоящему времени: 
 

        

  

             

 

Очевидно, что закон Мура продолжает действовать до сих пор! 

45

 

 

 

 

Юный эрудит (заочный тур) 
Задача 8. Одноэлектронный транзистор 

 
Одноэлектронный  транзистор  –  транзистор  нанометрового  размера,  в  котором  отдельные 
электроны  могут  управлять  током  транзистора.  А  сколько  электронов  протекает  через 
обычный транзистор за τ = 1 наносекунду, если ток через транзистор I = 1 мА? 
 
Сколько  электронов  находится  на  обкладке  конденсатора  ёмкостью  C  =  1  нФ,  если  на  него 
подано напряжение U = 1 В? 
 
Всего – 4 балла 

46

 

 

 

 

Юный эрудит (заочный тур) 
Решение задачи 8. Одноэлектронный транзистор 

 

   

 
 

 

  

 

 

  

   

  

        

   

  

           

 

 

(2 балла) 

 
 

   

  

 

 

  

  

  

        

   

  

           

 

 

(2 балла) 

 

47

 

 

 

 

Юный эрудит (заочный тур) 
Задача 9. Так ли там много места? 

 
Известно,  что  молекулы  газа  способны  проникать  в  поры  довольно  малого  размера. 
Рассчитайте количество таких молекул в цилиндрической поре длиной 100 мкм и диаметром 
40  нм,  если  давление  в  ней  равно  0.5  атм,  а  температура  комнатная  (298  К).  Газ  считать 
идеальным. 
 
Всего – 5 баллов 

48

 

 

 

 

Юный эрудит (заочный тур) 
Решение задачи 9. Так ли там много места? 

 

1.

 

Найдём объём поры: 

3

19

6

2

9

2

м

10

1.257

м

10

100

2

м

10

40

π

L

πR

SL

V





































 

 

2.

 

Количество вещества по уравнению Клапейрона-Менделеева: 

 

моль

10

2.57

298К

К

моль

Дж

8.314

м

10

1.257

Па

 

101325

0.5

RT

PV

ν

18

3

19























 

 

3.

 

Количество молекул: 
 

18

23

A

1

N

νN

2.57 10 моль 6.02 10

1.5 млн молекул

моль















 

 
Всего 5 баллов: Первые два действия – по 2 балла, последнее – 1 балл. 

49