Следующее утро едва забрезжило серым рассветом.
— Тук-тук-тук!
Ли Дун, разбуженный настойчивым стуком, в полузабытьи сполз с кровати и отворил дверь.
Перед ним тут же возникло чье-то широкое лицо с залегшими под глазами тяжелыми тенями.
— Ли Дун, ну как? — Бодро осведомился Чжэн Хуа. — Как спалось?
На самом деле он и сам впервые оказался на областном этапе физической олимпиады. Что поделать – ученики Седьмой школы прежде никогда не дарили ему подобной возможности.
Поэтому нервничал он куда сильнее своего подопечного.
— Послушай... тебе нужно расслабиться. Я понимаю, это твой первый очный тур, но только не вздумай паниковать. С твоими способностями, если выступишь в полную силу, выход в финал тебе обеспечен.
Ли Дун потер заспанные глаза, сдерживая улыбку при виде учителя, который выглядел так, словно готовился к решающей битве.
Нервничать?
Что за шутки.
Все его мысли сейчас занимала стипендия в двадцать тысяч юаней. В мечтах он уже распланировал каждую копейку.
Сначала купить маме новый телефон – говорят, «Huawei» очень недурны, вот только HarmonyOS, кажется, еще не совсем подружилась с приложением «Qidian». Потом взять компьютер себе, чтобы сподручнее было изучать передовую зарубежную литературу, а остальное... остальное подождет.
При мысли о скором «обналичивании» приза Ли Дун не только не нервничал, но даже ощущал легкий азарт.
— Не беспокойтесь, учитель Чжэн, я совершенно спокоен.
После быстрого умывания Ли Дун спустился вслед за учителем в столовую на завтрак.
В лифте Чжэн Хуа продолжал без умолку давать наставления:
— Как войдешь в аудиторию, первым первым делом проверь все листы. Если наткнешься на непосильную задачу – не упирайся, сначала делай то, что попроще...
Ли Дуну оставалось только кивать, пропуская слова мимо ушей.
В ресторане уже собралось немало учеников и преподавателей. Ли Дун сразу приметил делегацию Цзянчэнской средней школы No6. Один из парней в очках мазнул по нему коротким взглядом и, потеряв интерес, вернулся к своему подносу.
Чжэн Хуа тоже их заметил, но на сей раз не спешил с любезностями – лишь сдержанно кивнул, обозначая приветствие, и увлек Ли Дуна к столику в углу.
В этот момент у входа возникло оживление.
В зал вошла женщина-педагог средних лет, а за ней – внушительная кавалькада из двух десятков учеников.
Все они были в одинаковой сине-белой школьной форме. Несмотря на подносы в руках, ребята держались невозмутимо, а некоторые даже ухитрялись на ходу повторять английские слова по карточкам.
Ли Дун лишь цокнул языком. Зубрить английский перед олимпиадой по физике? С таким пафосом им только за один стол к Цзян Ичжоу садиться.
Остальные присутствующие невольно замерли.
— Седьмая средняя школа Жунчэна? — Прошептал кто-то.
Ли Дун откусил кусок паровой булочки и с любопытством спросил:
— Учитель Чжэн, это они?
Чжэн Хуа кивнул, понизив голос:
— На всю провинцию в этот тур прошли едва ли сто человек, и больше двадцати из них – из этой школы.
Учитель вздохнул, и в его голосе смешались зависть с обреченностью:
— И имей в виду, эти двадцать человек – далеко не самая их элита. Настоящие асы из Жунчэна метят в золото международных олимпиад. Их мечта – стать учеными мирового уровня, на такие «коммерческие» кубки они смотрят свысока.
Ли Дун понимающе кивнул, но про себя насторожился.
«Значит, это они пришли отобрать мои двадцать тысяч?!»
Завтрак закончился, и настал час начала Кубка Хуасюань. Экзамен проходил в трех многофункциональных конференц-залах отеля. Почти две сотни участников выстроились в очередь согласно номерам пропусков. После строгой проверки документов и досмотра их по одному запускали внутрь.
Ли Дун занял место в середине зала, ближе к задним рядам.
Экзаменационный лист делился на несколько блоков: выбор варианта, заполнение пропусков, расчетные задачи и финальное, самое «дорогое» по баллам задание – «Экспериментальное проектирование».
Ли Дун бегло просмотрел задания.
«И это вся сложность Кубка Хуасюань?»
В целом уровень был средним. Задачи действительно имели уклон в практику, и ловушек хватало.
К примеру, третий вопрос с выбором ответа:
[Автомобиль на новых источниках энергии использует систему электромагнитного торможения. Определите зависимость тормозного момента M от угловой скорости ω, когда металлический тормозной диск вращается в магнитном поле.]
На первый взгляд казалось, что здесь не обойтись без интегрирования. Однако на деле это было излишне. Стоило лишь ухватиться за ключевые моменты: «ЭДС индукции E ∝ v ∝ ω» и «Сила Ампера F ∝ I ∝ E», как легко выводилось: M ∝ F ∝ ω.
Следовательно, ответ B – линейная зависимость.
Затем шла расчетная задача про жидкостное охлаждение в дата-центре.
[Даны удельная теплоемкость и скорость потока хладагента. Постройте модель сети тепловых сопротивлений при установившейся температуре поверхности чипа.]
Звучало вычурно, но суть сводилась к термоэлектрической аналогии: первому закону термодинамики в паре с законом Ома. Разность температур – это напряжение, тепловой поток – ток, а тепловое сопротивление – обычный резистор.
Ли Дун набросал эквивалентную схему и в два счета вычислил температуру перехода.
Дело шло как по маслу... пока он не перевернул страницу с экспериментальной задачей.
При первом беглом осмотре он не придал ей значения, но теперь, вчитавшись...
— Это же... — пробормотал он. — Неужели они взяли ключевую проблему литографических машин, упростили ее и выкатили сюда?
Условие было пространным, занимая целую страницу.
[Экспериментальная группа исследует разрешающую способность системы проекционной литографии. Собрана упрощенная установка: монохроматический параллельный свет с длиной волны λ используется как источник экспонирования. Через проекционный объектив с числовой апертурой NA изображение маски проецируется на поверхность пластины, покрытой фоторезистом.
Минимальная ширина линии системы (минимальное расстояние между двумя соседними линиями) подчиняется критерию Рэлея:
δ = 0.61λ / .
Где числовая апертура NA = n · sinθ; n — показатель преломления среды между объективом и пластиной, θ — апертурный угол объектива.
Ответьте на следующие вопросы:]
Вопросов было три. С первыми двумя справился бы любой крепкий отличник, даже не претендующий на звание гения. Третий же вопрос... нельзя сказать, что он был запредельно сложным для олимпиадника, но его суть заключалась не просто в нахождении ответа, а в поиске наиболее изящного пути решения.
Ли Дун невольно огляделся.
До конца экзамена оставалось сорок минут. Большинство участников все еще потели над расчетными задачами. Его сосед, совсем еще юный на вид – от силы первый класс старшей школы – грыз кончик ручки и в прострации смотрел на пустой лист с последним заданием.
«Неужели нынешние дети настолько помешаны на учебе? Десятиклассник – и уже на таких соревнованиях?», – хмыкнул про себя Ли Дун и вернулся к работе.
Первые пункты он расщелкал мгновенно.
1. Найдите минимальную ширину линии δ0 для данной системы.
Решение: По формуле Рэлея δ = 0.61λ / NA. Подставляем λ = 436 нм, NA = 0.35.
δ0 ≈ 0.76 мкм.
[2. Перечислите два стандартных промышленных решения и кратко опишите их физический принцип.]
Этот вопрос проверял кругозор. Тот, кто зубрил только учебники, мог и запнуться. Но Ли Дун, еще когда штудировал университетский курс физики, интересовался этой темой и даже специально искал статьи в сети.
Первый вариант – укорочение длины волны, например, переход на жесткое ультрафиолетовое излучение. Принцип прост: δ прямо пропорциональна λ.
Второй – увеличение числовой апертуры. Например, иммерсионная литография. Здесь используется вода или иная среда для повышения показателя преломления n, что увеличивает NA.
Закончив со вторым пунктом, Ли Дун замер перед третьим.
[3. Опираясь на базовые знания волновой оптики за курс старшей школы (интерференция и дифракция), предложите инновационную схему, позволяющую преодолеть рэлеевский предел без использования более коротковолнового источника или проекционных объективов.]
Ли Дун задумчиво потер подбородок.
Как получить изображение без линз? Как повысить точность без коротких волн?
В голове вихрем пронеслись концепции из вузовского курса и передовой оптики: сканирующая ближнепольная микроскопия? Поверхностные плазмоны?
— Нет, это слишком... — подумал он. — Объяснять замучаешься, да и в условии четко сказано: «на базе школьной программы».
Вскоре решение оформилось.
Можно использовать технологию многократного экспонирования с прецизионным смещением маски для наложения слоев. Или применить фоторезист с высокой контрастностью, чтобы искусственно повысить резкость краев. Это сработало бы.
Однако, когда Ли Дун уже занес ручку над листом, вмешалось его «Физическое восприятие». Возник каверзный вопрос.
«А не слишком ли это оторвано от реальности?»
«Технологии Хуасюань», – это прежде всего бизнес. Им нужна прибыль, а значит, нельзя мыслить категориями «лабораторной логики». Решение должно быть экономичным, стабильным и пригодным для массового производства.
Ли Дун отложил ручку и задумался.
«Нужен оптимальный вариант в рамках производственных ограничений...»
Время шло. Его сосед-десятиклассник уже закончил с задачей и теперь самодовольно размышлял:
«Да уж, уровень... школьные контрольные и то сложнее бывают. Только этот эксперимент заставил немного пошевелить мозгами».
Парня звали Цзян Шэн. Он приехал из Жунчэна просто чтобы посмотреть, на что способен мир за пределами его элитной школы. «В следующем году не поеду, скука», – решил он и покосился на Ли Дуна, у которого экспериментальная задача все еще не была начата.
«Эх, прав был учитель: ученый тиран ученому тирану рознь».
Цзян Шэн потерял к соседу всякий интерес и принялся проверять свои записи.
А Ли Дун наконец нащупал верный путь.
Он быстро вывел на бумаге:
[Название схемы: Двухлучевая лазерная интерференционная безмасочная литография]
Суть идеи заключалась в использовании интерференции волн. Вместо традиционной проекции через линзы две световые балки создавали на поверхности пластины интерференционную картину в виде полос.
Определив основу, Ли Дун мгновенно набросал вывод.
Пусть два когерентных луча с длиной волны λ падают на пластину симметрично под углом θ.
Согласно условию интерференционного максимума, светлые полосы возникают при разности хода Δx = kλ.
Из геометрических соображений период (расстояние между полосами) d равен:
= λ / (2θ)
Следовательно, минимальная ширина линии (полупериод) составит:
δ_ = / 2 = λ / (4θ)
[Проверка прорыва:]
Когда θ стремится к 90°, sinθ приближается к 1.
В этом случае теоретический предел достигает λ/4.
В сравнении с классическим пределом Рэлея 0.61λ / NA (где в воздухе NA < 1), данная схема явно выходит за привычные рамки!
Завершив расчеты, Ли Дун кратко добавил [Этапы реализации]: разделение луча призмой – > юстировка зеркалами – > интерференционное экспонирование.
Он отложил ручку и глянул на часы.
Оставалось пятнадцать минут...

Комментарии

Загрузка...