नैनोहब

नैनोहब एक विज्ञान और इंजीनियरिंग प्रवेश द्वार है जिसमें समुदाय द्वारा योगदान किए गए संसाधन शामिल हैं और शिक्षा, पेशेवर नेटवर्किंग और नैनो तकनीक के लिए इंटरैक्टिव सिमुलेशन टूल की ओर अग्रसर हैं। यूनाइटेड स्टेट्स नेशनल साइंस फाउंडेशन (NSF) द्वारा वित्त पोषित, यह कम्प्यूटेशनल नैनो टेक्नोलॉजी (NCN) के लिए नेटवर्क का एक उत्पाद है। NCN नैनोइलेक्ट्रॉनिक में अनुसंधान प्रयासों का समर्थन करता है; नैनो सामग्री; नैनोइलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम (एनईएमएस); नैनोफ्लुइडिक्स; नैनोमेडिसिन, नैनोबायोलॉजी; और नैनोफोटोनिक्स है।

इतिहास
कम्प्यूटेशनल नैनोटेक्नोलॉजी के लिए नेटवर्क की स्थापना 2002 में अनुसंधान, शिक्षा और पेशेवर सहयोग के लिए ऑनलाइन सेवाओं के माध्यम से नैनोसाइंस और नैनोटेक्नोलॉजी के लिए एक संसाधन बनाने के लिए की गई थी। प्रारंभ में आठ सदस्य संस्थानों की एक बहु-विश्वविद्यालय पहल जिसमें पर्ड्यू विश्वविद्यालय, बर्कले में कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, उरबाना-शैंपेन में इलिनोइस विश्वविद्यालय, मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी, लॉरेंस बर्कले नेशनल लेबोरेटरी में आणविक फाउंड्री, नॉरफ़ॉक स्टेट यूनिवर्सिटी, नॉर्थवेस्टर्न विश्वविद्यालय शामिल हैं।, और एल पासो में टेक्सास विश्वविद्यालय, NCN अब पूरी तरह से पर्ड्यू में संचालित होता है।

नेशनल साइंस फाउंडेशन (NSF) ने मुख्य अन्वेषक मार्क एस लुंडस्ट्रॉम के साथ 2002 से 2010 तक लगभग $14 मिलियन का अनुदान प्रदान किया। 2007 के बाद से जारी अमेरिकी NSF अनुदानों को प्रमुख अन्वेषक गेरहार्ड क्लिमेक और सह-प्रमुख अन्वेषक अलेजांद्रो स्ट्रैचन के साथ $20 मिलियन से अधिक की कुल धनराशि प्रदान की गई है।

संसाधन
NCN का वेब पोर्टल nanoHUB.org है और HUBzero हब का उदाहरण है। यह सिमुलेशन उपकरण, पाठ्यक्रम सामग्री, व्याख्यान, सेमिनार, ट्यूटोरियल, उपयोगकर्ता समूह और ऑनलाइन बैठकें प्रदान करता है। इंटरएक्टिव सिमुलेशन उपकरण वेब ब्राउज़र से सुलभ हैं और पर्ड्यू विश्वविद्यालय में एक वितरित कंप्यूटिंग नेटवर्क के साथ-साथ टेराग्रिड और ओपन साइंस ग्रिड के माध्यम से चलते हैं। ये संसाधन नैनोसाइंस समुदाय के सैकड़ों सदस्य योगदानकर्ताओं द्वारा प्रदान किए जाते हैं।
 * नैनोटेक्नोलॉजी और संबंधित क्षेत्रों के लिए इंटरएक्टिव सिमुलेशन टूल
 * शिक्षकों के लिए पाठ्यक्रम पाठ्यक्रम
 * नैनोटेक्नोलॉजी के लिए समाचार और कार्यक्रम
 * कई स्वरूपों में व्याख्यान, पॉडकास्ट और शिक्षण सामग्री
 * ऑनलाइन सेमिनार
 * ऑनलाइन वर्कशॉप
 * यूसर समूह
 * ऑनलाइन समूह बैठक कक्ष
 * वर्चुअल लिनक्स वर्कस्पेस जो एक इन-ब्राउज़र लिनक्स मशीन के भीतर टूल डेवलपमेंट की सुविधा प्रदान करता है

सिमुलेशन उपकरण
नैनोहब नैनोटेक्नोलॉजी, इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग, मैटेरियल्स साइंस, केमिस्ट्री और सेमीकंडक्टर शिक्षा के लिए इन-ब्राउज़र सिमुलेशन टूल प्रदान करता है। नैनोहब सिमुलेशन उपयोगकर्ताओं के लिए स्टैंड-अलोन टूल और संरचित शिक्षण और सीखने के पाठ्यक्रम के हिस्से के रूप में उपलब्ध हैं, जिसमें कई उपकरण शामिल हैं। उपयोगकर्ता लाइव परिनियोजन के लिए अपने स्वयं के उपकरण विकसित और योगदान कर सकते हैं।

टूल के उदाहरणों में शामिल हैं:
 * स्क्रेड: विशिष्ट धातु-ऑक्साइड-अर्धचालक (एमओएस) या सेमीकंडक्टर-ऑक्साइड-अर्धचालक (एसओएस) संरचना और एक विशिष्ट एसओआई संरचना में एनवलप वेवफंक्शन और संबंधित बाउंड-स्टेट ऊर्जा की गणना स्वयं-लगातार एक-आयामी (1D) पॉइसन समीकरण को हल करके करता है और 1D स्क्रोडिन्गर समीकरण है।


 * क्वांटम डॉट लैब
 * गुंबदों और पिरामिडों सहित विभिन्न आकृतियों के एक बॉक्स में एक कण के ईजेनस्टेट्स की गणना करता है।


 * बल्क मोंटे कार्लो टूल
 * कॉलम 4 (Si और Ge) और III-V (GaAs, SiC और GaN) सामग्री दोनों में स्वैच्छिक क्रिस्टलोग्राफिक दिशा में लागू विद्युत क्षेत्रों के लिए इलेक्ट्रॉन बहाव वेग, इलेक्ट्रॉन औसत ऊर्जा और इलेक्ट्रॉन गतिशीलता के थोक मूल्यों की गणना करता है।


 * क्रिस्टल व्यूअर: कई सामग्री, इलेक्ट्रॉनिक्स और रसायन विज्ञान पाठ्यक्रमों के लिए आवश्यक विभिन्न प्रकार के ब्राविस जाली, प्लेन और मिलर इंडेक्स को देखने में मदद करता है। विभिन्न सामग्रियों (सिलिकॉन, आईएनए, गाए, हीरा, ग्राफीन, बकीबॉल (अणु)) के लिए भी बड़े बल्क सिस्टम को इस उपकरण का उपयोग करके देखा जा सकता है।


 * बैंड संरचनाएं लैब: विभिन्न सामग्रियों, विकास उन्मुखताओं और तनाव की स्थिति के लिए बल्क सेमीकंडक्टर्स, पतली फिल्मों और nanowires की बैंड संरचनाओं की गणना और कल्पना करता है। बैंडगैप और प्रभावी द्रव्यमान (सॉलिड-स्टेट फिजिक्स) जैसे भौतिक पैरामीटर भी गणना की गई बैंड संरचनाओं से प्राप्त किए जा सकते हैं।


 * नैनो-सामग्री सिमुलेशन टूलकिट
 * परमाणु पैमाने पर सामग्री का अनुकरण करने के लिए आणविक गतिकी का उपयोग करता है।
 * क्वांटम एस्प्रेसो के साथ डीएफटी गणना
 * सामग्री की इलेक्ट्रॉनिक संरचना का अनुकरण करने के लिए घनत्व कार्यात्मक सिद्धांत का उपयोग करता है।



रैप्चर टूलकिट
रैप्चर (रैपिड एप्लायंस इंफ्रास्ट्रक्चर) टूलकिट वैज्ञानिक अनुप्रयोगों के एक बड़े वर्ग के विकास के लिए बुनियादी ढांचा प्रदान करता है, जिससे वैज्ञानिक अपने कोर एल्गोरिदम पर ध्यान केंद्रित कर सकते हैं। यह एक भाषा-तटस्थ तरीके से ऐसा करता है, इसलिए C/C++, फोरट्रान और पायथन सहित विभिन्न प्रकार के प्रोग्रामिंग वातावरण में रैप्चर तक पहुंच प्राप्त कर सकते हैं। रैप्चर का उपयोग करने के लिए, एक डेवलपर सिम्युलेटर के लिए सभी इनपुट और आउटपुट का वर्णन करता है, और रैप्चर स्वचालित रूप से टूल के लिए ग्राफिकल यूज़र इंटरफ़ेस (जीयूआई) उत्पन्न करता है।

ज्यूपिटर नोटबुक
नैनोहब के भीतर मौजूदा रैप्चर जीयूआई टूल्स को पूरा करने के लिए, 2017 के बाद से अधिक हालिया ब्राउज़र आधारित प्रोजेक्ट ज्यूपिटर नोटबुक भी नैनोहब पर उपलब्ध हैं। इंटरसेपर्ड कोड की नोटबुक (जैसे पायथन (प्रोग्रामिंग लैंग्वेज), टेक्स्ट और मल्टीमीडिया।

कार्यक्षेत्र
कार्यक्षेत्र एक इन-ब्राउज़र लिनक्स डेस्कटॉप है जो NCN के रैप्चर टूलकिट तक पहुँच प्रदान करता है, साथ ही NCN, ओपन साइंस ग्रिड और टेराग्रिड नेटवर्क पर उपलब्ध कम्प्यूटेशनल संसाधनों के साथ। कोई इन संसाधनों का उपयोग अनुसंधान करने के लिए, या नए सिमुलेशन उपकरणों के लिए एक विकास क्षेत्र के रूप में कर सकता है। कोई कोड अपलोड कर सकता है, उसे संकलित कर सकता है, उसका परीक्षण कर सकता है और उसे डीबग कर सकता है। एक बार कोड का परीक्षण हो जाने और कार्यक्षेत्र में ठीक से काम करने के बाद, इसे नैनोहब पर लाइव टूल के रूप में तैनात किया जा सकता है।

एक उपयोगकर्ता कार्यक्षेत्र में और बाहर डेटा स्थानांतरित करने के लिए सामान्य लिनक्स उपकरण का उपयोग कर सकता है। उदाहरण के लिए, nanoHUB फ़ाइल शेयर के साथ एक संबंध स्थापित करेगा। उपयोगकर्ता स्थानीय डेस्कटॉप पर अपनी nanoHUB फ़ाइलों तक पहुँचने के लिए विंडोज़, मैकिन्टोश, और लिनक्स ऑपरेटिंग सिस्टम पर अंतर्निहित WebDAV समर्थन का भी उपयोग कर सकते हैं।

मिडलवेयर
वेब सर्वर गतिशील रूप से आने वाले वीएनसी कनेक्शन को निष्पादन होस्ट पर रिले करने के लिए एक डेमॉन का उपयोग करता है जिस पर एक एप्लिकेशन सत्र चल रहा है। एक अलग चैनल स्थापित करने के लिए पोर्ट राउटर का उपयोग करने के बजाय जिसके द्वारा फ़ाइल आयात या निर्यात संचालन किया जाता है, यह ब्राउज़र पर एक क्रिया को ट्रिगर करने के लिए VNC का उपयोग करता है जो मुख्य नैनोहब वेब सर्वर के माध्यम से फ़ाइल स्थानांतरण को रिले करता है। वेब सर्वर में इन क्षमताओं को समेकित करने का प्राथमिक लाभ यह है कि यह नैनोहब के प्रवेश बिंदु को एक पते तक सीमित कर देता है: www.nanohub.org यह सुरक्षा मॉडल को सरल बनाता है और साथ ही प्रबंधन के लिए स्वतंत्र सुरक्षा प्रमाणपत्रों की संख्या को कम करता है।

वेब सर्वर के माध्यम से अधिकांश संचार को समेकित करने का एक नुकसान मापनीयता की कमी है जब व्यक्तिगत उपयोगकर्ताओं द्वारा बहुत अधिक डेटा स्थानांतरित किया जाता है। नेटवर्क ट्रैफ़िक जाम से बचने के लिए, DNS राउंड-रॉबिन चयन के माध्यम से वेब सर्वर को दोहराया जा सकता है और एक नाम में क्लस्टर किया जा सकता है।

मैक्सवेल का समर्थन करने वाले बैकएंड निष्पादन मेजबान पारंपरिक यूनिक्स सिस्टम, एक्सईएन वर्चुअल मशीन और ओपनवीजेड पर आधारित वर्चुअलाइजेशन के एक रूप के साथ काम कर सकते हैं। प्रत्येक सिस्टम के लिए, एक VNC सर्वर प्रत्येक सत्र के लिए पूर्व-प्रारंभ किया जाता है। जब OpenVZ का उपयोग किया जाता है, तो वह VNC सर्वर वर्चुअल कंटेनर के अंदर शुरू हो जाता है। उस कंटेनर में चल रही प्रक्रियाएं भौतिक प्रणाली पर अन्य प्रक्रियाओं को नहीं देख सकती हैं, अन्य उपयोगकर्ताओं द्वारा लगाए गए सीपीयू लोड को देख सकती हैं, भौतिक मशीन के संसाधनों पर हावी हो सकती हैं, या आउटबाउंड नेटवर्क कनेक्शन बना सकती हैं। OpenVZ द्वारा लगाए गए प्रतिबंधों को चुनिंदा रूप से ओवरराइड करके, प्रत्येक एप्लिकेशन सत्र के लिए पूरी तरह से निजी वातावरण को संश्लेषित करना संभव है जिसे उपयोगकर्ता दूरस्थ रूप से उपयोग कर सकता है।

उपयोग
अधिकांश उपयोगकर्ता अपने शोध और शैक्षिक गतिविधियों के हिस्से के रूप में नैनोहब का उपयोग करने वाले शैक्षणिक संस्थानों से आते हैं। उपयोगकर्ता राष्ट्रीय प्रयोगशालाओं और निजी उद्योग से भी आते हैं। एक वैज्ञानिक संसाधन के रूप में, nanoHUB को वैज्ञानिक साहित्य में सैकड़ों बार उद्धृत किया गया था, जो 2009 में चरम पर था। लगभग साठ प्रतिशत उद्धरण उन लेखकों के हैं जो एनसीएन से संबद्ध नहीं हैं। 200 से अधिक उद्धरण नैनो टेक्नोलॉजी अनुसंधान को संदर्भित करते हैं, जिनमें से 150 से अधिक ठोस संसाधन उपयोग का हवाला देते हैं। शिक्षा में नैनोहब के उपयोग पर बीस उद्धरण विस्तृत हैं और 30 से अधिक नैनोहब को राष्ट्रीय साइबर अवसंरचना के उदाहरण के रूप में संदर्भित करते हैं।

नैनोहब-यू
नैनोहब-यू ऑनलाइन पाठ्यक्रम पहल छात्रों को पांच सप्ताह के ढांचे में एक विषय का अध्ययन करने में सक्षम बनाने के लिए विकसित की गई थी, जो मोटे तौर पर 1-क्रेडिट कक्षा के बराबर है। कोई क्रेडिट नहीं दिया जाता है - क्विज़ और परीक्षाएँ सरल होती हैं और अधिग्रहीत कौशल के लिए कठोर परीक्षणों के बजाय सीखने में सहायक होती हैं। एक शोध विश्वविद्यालय की भावना में, नैनोहब-यू पाठ्यक्रम का उद्देश्य अनुसंधान से पाठ्यक्रम में नई प्रगति और समझ लाना है; इसके अलावा, सिमुलेशन (अक्सर नैनोहब से) पाठ्यक्रमों में भारी रूप से शामिल हैं। पाठ्यक्रमों को इस तरह से प्रस्तुत करने के लिए हर संभव प्रयास किया जाता है, जो कम से कम पूर्वापेक्षाओं के साथ विभिन्न पृष्ठभूमि वाले शुरुआती स्नातक छात्रों के लिए सुलभ हो। आदर्श नैनोहब-यू पाठ्यक्रम इंजीनियरिंग या भौतिक विज्ञान में स्नातक डिग्री वाले किसी भी छात्र के लिए सुलभ है। पाठ्यक्रम में नैनोइलेक्ट्रॉनिक, नैनोस्केल सामग्री और नैनोस्केल लक्षण वर्णन शामिल हैं। नैनोहब-यू पाठ्यक्रम अब एडएक्स का हिस्सा हैं।

यह भी देखें

 * सामग्री सूचना विज्ञान
 * एकीकृत कम्प्यूटेशनल सामग्री इंजीनियरिंग
 * मल्टीस्केल मॉडलिंग

अग्रिम पठन

 * EDUCAUSE Review, vol. 42, no. 6 - nanoHUB: Community & Collaboration
 * Publications related to HUBzero
 * Federal Resources for Educational Excellence
 * IBM.com: nanoHUB Does Remote Computing Right