Manufacturing at Nanoscale: Top-Down,Bottom-up and System Engineering

The current nano-technology revolution is facing several major challenges: to manufacture nanodevices below 20 nm, to fabricate three-dimensional complex nano-structures, and to heterogeneously integrate multiple functionalities. To tackle these grand challenges, the Center for Scalable and Integrated NAno-Manufacturing (SINAM), a NSF Nanoscale Science and Engineering Center, set its goal to establish a new manufacturing paradigm that integrates an array of new nano-manufacturing technologies, including the plasmonic imaging lithography and ultramolding imprint lithography aiming toward critical resolution of 1–10 nm and the hybrid top-down and bottom-up technologies to achieve massively parallel integration of heterogeneous nanoscale components into higher-order structures and devices. Furthermore, SINAM will develop system engineering strategies to scale-up the nano-manufacturing technologies. SINAMs integrated research and education platform will shed light to a broad range of potential applications in computing, telecommunication, photonics, biotechnology, health care, and national security.     

Notes on top-down languages

Properties of context-free languages and grammars permitting deterministic top-down recognition with bounded lookahead are discussed. In particular, it is shown that for eachk>1 there are such languages requiring a lookahead of at leastk characters.     

Top-Down Fuzzy Decision Making with Partial Preference Information

This paper proposes a multi-stage decision procedure to cope with a hierarchical multiple objective decision environment in which the upper-level DM only provides partial preference information and the lower-level DM is fuzzy about the tradeoff questions such that to achieve substantially more than or equal to some values is delivered to maximize the objectives. Therefore, the procedure consists of two levels, a upper-level and a lower-level. The main idea is that after the upper-level provides partial preference information to the lower-level as a guideline of decision, the lower-level DM determines a satisfactory solution from the reduced non-dominated set in the framework of multi-objective fuzzy programs.     

多层介质膜光谱调制反射镜的反应离子束刻蚀误差容限

 在千焦拍瓦高功率放大系统设计中,激光脉冲的时空和光谱整形技术一直受到人们的广泛关注。利用反应离子束刻蚀等微纳超精细加工而成的多层电介质结构反射镜可在高功率条件下实现啁啾脉冲的光谱整形。在光谱整形介质结构反射镜的设计与制造中,需要根据要求的反射率来合理提出反应离子束刻蚀误差容限指标。推导出反应离子束刻蚀误差容限的解析表达式。针对神光Ⅱ千焦拍瓦高功率放大系统设计中提出的多层介质光谱调制反射镜,分析了调制结构反射镜各层加工的容许误差,确定了反应离子束刻蚀误差容限指标。研究表明：刻蚀高折射率介质的加工误差容限为35 nm;刻蚀低折射率介质的加工误差容限为62 nm。此外,还从使用需要和加工难易的角度,对刻蚀方案进行了讨论。就加工难易程度而言,优选反应离子束刻蚀方案,且采用刻蚀并残留低折射率介质的方案更容易实现。     

基于ProteinGoggle 2.0的组蛋白H4蛋白质变体的自上而下表征

由于大量可能蛋白质变体以及每一个翻译后修饰大量可能位点的存在,核心组蛋白上密集的组合式翻译后修饰的自上而下表征一直是一个巨大的分析挑战。结合高分辨串级质谱,基于同位素质荷比和轮廓指纹比对的整体蛋白质数据库搜索引擎ProteinGoggle 2.0在组蛋白翻译后修饰的自上而下鉴定方面拥有诸多独特的优势。该文报道ProteinGoggle 2.0对HeLa核心组蛋白H4的数据库搜索及蛋白质变体的鉴定结果。基于从UniProt网站下载的人类核心组蛋白H4的纯文本文件和“鸟枪法”注释,ProteinGoggle 2.0首先创建包含所有可能蛋白质变体的理论数据库;从纯文本文件中提取的信息主要是氨基酸序列、可能的翻译后修饰（单甲基化、二甲基化、三甲基化、乙酰化和磷酸化）及氨基酸变异（A77→P）。在控制质谱水平假阳性率低于1%的前提下,共鉴定到426个蛋白质变体,这是目前为止H4蛋白质变体的最全报道。这些ProteinGoggle 2.0鉴定到的H4蛋白质变体也与之前报道的ProSightPC 2.0的鉴定结果进行了肩并肩比较。总而言之,ProteinGoggle 2.0可以对具有复杂组合修饰及氨基酸变异的蛋白质组进行数据库搜索和蛋白质变体鉴定。     

Toy Models of Top Down Causation

Models in which causation arises from higher level structures as well as from microdynamics may be relevant to unifying quantum theory with classical physics or general relativity. They also give a way of defining a form of panprotopsychist property dualism, in which consciousness and material physics causally affect one another. I describe probabilistic toy models based on cellular automata that illustrate possibilities and difficulties with these ideas.     

垂直圆管内顶部骤冷过程骤冷温度特性实验研究

本文研究了低压低质量流速条件下垂直圆管管内顶部骤冷过程中骤冷温度的分布特性。采用瞬态热块实验技术和非稳态两维数值分析技术，得到了实验段内壁温度随时问的分布规律：以此为基础，采用双切线交点模型，确定骤冷前沿点的位置，温度和时间，以相应的骤冷温度理论关系式为基础，同时考虑管道内流动参数对骤冷温度的影响，建立了本文的骤冷温度半经验关系式模型和半经验关系式。     

基于浓硼扩散层的硅纳米线谐振子制备

纳机电系统(NMES)由于具有体积小、智能化、可靠性高等优点而被广泛研究。其中纳米线谐振子的本征频率能够达到MHz甚至GHz,可应用于各种高性能的质量传感器、谐振器、滤波器等。但是,要制备形貌规则可控的纳米线谐振子,对加工技术要求很高。目前急需一种工艺简单、重复性好、三维尺度可控的硅纳米线制备方法。本文重点研究了基于浓硼扩散层的可集成硅纳米线谐振子的制备方法。该方法采用电子束光刻定义可控尺度硅纳米线,并利用TMAH腐蚀自停止效应实现谐振子的释放。文中还采用SEM对所制备的纳米线谐振子进行了表征。实验结果表明,基于浓硼扩散层制备的硅纳米线谐振子形貌规则,结构可控可调。该方法能够实现可控制的大面积、高产率、低成本、可集成的硅纳米线谐振子制备。     

双光束光解离在牛泛素蛋白离子的自顶向下质谱分析中的应用研究

自顶向下(Top-down)质谱分析方法是将完整蛋白质离子碎片化,从而在分子水平上提供更加精准、丰富的与蛋白质结构相关的生物学信息。该文首次将3μm红外激光与210 nm紫外激光共同引入到傅里叶变换离子回旋共振质谱仪(FT-ICR MS)的分析池中,获得了牛泛素蛋白离子的自顶向下质谱。通过优化两束激光被引入的时间序列,使得蛋白质碎片离子的覆盖率进一步优化。实验发现将两束激光在时间序列上以部分重叠的方式引入时,可以更有效地实现蛋白离子的解离。对于+11价的牛泛素蛋白离子,双光束解离碎片覆盖率可达73%,高于基于单独的红外多光子解离(IRMPD)或紫外光解离(UVPD)方法所获得的结果。对其它价态的牛泛素蛋白离子也得到类似的提升。实验结果显示双光束解离方式对于丰富蛋白碎片离子的种类,提高碎片覆盖率有显著作用。     

基于俯视SEM图像的矩形光栅占宽比检测方法

提出了一种利用俯视SEM图像检测矩形光栅占宽比的新方法。对目标检测图像进行灰度轮廓预处理,接着进行基于动态规划和最小二乘样条逼近的边缘检测,最后按照设定的量化评价标准,计算出目标区域内的光栅占宽比的平均值和标准偏差。使用该方法不仅可以快速准确地计算出目标区域内的光栅占宽比和量化评价占宽比空间分布均匀性,也避免了具有破坏性的制样过程,弥补了传统断面测量方法的不足。编写了用于矩形光栅占宽比检测的图像处理软件GradUI。使用此软件对一组1 200 线/mm矩形光栅的俯视SEM图像进行检测分析,发现平均占宽比与灰度轮廓估算值的均方根偏差为0.017 3。结果表明,基于俯视SEM图像的矩形光栅占宽比检测方法是有效可行的,同时,也验证了软件的可靠性。