Přístupnostní navigace
E-přihláška
Vyhledávání Vyhledat Zavřít
Detail oboru
FSIZkratka: D-FMIAk. rok: 2015/2016Zaměření: Fyzikální inženýrství
Program: Fyzikální a materiálové inženýrství
Délka studia: 4 roky
Akreditace od: Akreditace do: 31.12.2020
Profil
Cílem studia je poskytnout studentům vzdělání a umožnit jim vědecký výzkum v oblastech inženýrská optika, fyzika povrchů, mikromechanika materiálů, strojírenské materiály, fyzikální metalurgie a aplikovaný výzkum keramiky.
Garant
prof. RNDr. Miroslav Liška, DrSc.
Vypsaná témata doktorského studijního programu
Pomocí Kelvinovy silové mikroskopie (KPFM) lze získat lokální informaci o elektrických vlastnostech (např. povrchovém potenciálu, výstupní práci) dvourozměrných nanostruktur. Tyto informace mohou být využity pro porozumění fyzikálním principům, návrhu a zvyšování citlivosti/účinnosti solárních článků a senzorů postavených na zmíněných 2D nanostrukturách. V rámci disertační práce bude Kelvinova silová mikroskopie využita například ke studiu p-n přechodů v solárních článcích a pozorování přesunů náboje v senzorech na bázi grafenu.
Školitel: Kalousek Radek, doc. Ing., Ph.D.
Technika LIBS využívá intenzivní záření vytvořené fokusováním laserového svazku z pulzního laseru na generaci svítící mikroplazmy (z pevných, kapalných nebo plynných vzorků) v ohniskové vzdálenosti fokusující čočky. Složení plazmy odpovídá složení analyzovaného materiálu. Detekční limity metody se pohybují od desítek ppm. Snížení detekčních limitů může být dosaženo, pokud jsou atomy vybraných prvků v již vytvořené plasmě excitovány druhým laserem (metoda DP LIBS). Jako příklad z oblastí aplikací LIBS bychom mohli uvést kontrolu kvality materiálů a svarů v případě kovových konstrukcí nebo oblast monitorování životního prostředí. LIBS aparaturu lze vybudovat jako mobilní a přizpůsobit daným aplikacím. Cílem disertační práce je automatizace měření v LIBS a DP LIBS aparatuře vytvořením softwaru pro počítačové řízení. Předpokládá se využití stávajících řídících programů jednotlivých přístrojů a vytvoření vlastního počítačového kódu pro automatické 2D a kvazi 3D mapování chemického složení vybraných vzorků. Funkce automatizovaných LIBS a DP LIBS aparatur bude prověřeno na vybraných vzorcích.
Školitel: Kaiser Jozef, prof. Ing., Ph.D.
Naprašování tenkých vrstev za přítomnosti iontových svazků (IBAD): - depozice a měření parametrů izolačních ("high-K"), pasivačních, optických a bioaktivních vrstev/multivrstev rozprašováním keramik a syntetických minerálů (např. ZrO2, HfO2, Al2O3, hydroxylapatit, křemen).
Školitel: Šikola Tomáš, prof. RNDr., CSc.
Návrh elektrostatického vychylovacího a korekčního systému. V elektronovou litografii je nutné použít dynamickou fokusaci a dynamické stigmátory pro korekci vad vychylovacího systému pro dosažení optimálního tvaru stopy. Cílem práce je prostudovat možnosti dynamické korekce vad vychýlení a navrhnout optický systém pro litografii. Určit citlivost dynamické fokusace a stigmování pro ELG s Gaussovským svazkem. Ilustrovat na příkladu čoček ELG 600 (objektiv a poslední kondenzor), doplněný o elektrostatický vychylovací systém a jeho porovnání s existujícím magnetickým systémem. Slabá elektrostatická čočka ve zmenšovacím kondenzoru se může použít pro dynamickou fokusaci (posuv křižiště tak, aby po vychýlení byla stopa ostrá). Jaká geometrie je nejvhodnější pro tuto čočku, jaká je její účinnost? Jak funguje dynamický stigmátor a jak ovlivňuje zkreslení vychylovacího systému?
Školitel: Lencová Bohumila, prof. RNDr., CSc.
Experimentální studium úhlového rozdělení intenzity světla rozptýleného jednoduchými tenkými vrstvami i multivrstvami metodou ARS (Angle-resolved scattering).
Školitel: Ohlídal Miloslav, prof. RNDr., CSc.
Cílem práce bude výzkum nestandardních zobrazovacích modů, které poskytuje koherencí řízená holografická mikroskopie, a jejich využití zejména pro pozorování v opticky rozptylujících prostředích.
Školitel: Chmelík Radim, prof. RNDr., Ph.D.
Silové účinky světla na mikročástice a nanočástice jsou laboratorně studovány již téměř 45 let, ale v drtivé většině případů byla pozornost věnována pouze sférickým částicím. Až v posledních několika letech se zájem upíná k nesférickým dielektrickým či kovovým částicím a strukturám. Kromě přenosu hybnosti mezi laserovým svazkem a objektem zde dochází i k přenosu momentu hybnosti a tím rotaci objektu. S rozvojem fázových prostorových modulátorů světla je možné dynamicky měnit prostorové rozložení intenzity i fáze laserového svazku a tím řídit chování nesférických částic. Kromě optických sil a momentů sil na objekty také působí konvekce kapaliny, vyvolaná sousedními rotujícími objekty (tzv. hydrodynamická vazba), a termodifúze, vyvolaná teplotních gradienty v okolí částic. Zejména u absorbujících částic vzájemné působení těchto interakcí vede k celé řadě zajímavých efektů, které jsou v současné době intenzívně studovány s cílem získat nástroj pro bezkontaktní samouspořádávání objektů do prostorových struktur světlem. Hlavním cílem doktorské disertační práce bude realizovat experimenty s nesférickými mikročásticemi, vytvořenými např. fotopolymerací, s kovovými nanočásticemi či strukturami a studovat jejich pohybovou a spektrální odezvu při ozáření či manipulaci strukturovanými laserovými svazky. Předpokládá se, že doktorand bude realizovat experimenty, analyzovat a interpretovat výsledky. Ústav přístrojové techniky AV ČR zajistí veškeré materiální podmínky pro práci na období 4 let, disponuje téměř dvacetiletou historií v oblasti optických mikromanipulačních technik, spolupracuje s řadou světových laboratoří a v dané oblasti patří mezi přední světové laboratoře. Aktivity budou finančně podporovány granty GAČR a MŠMT.
Školitel: Zemánek Pavel, prof. RNDr., Ph.D.
Cílem disertační práce je instrumentální a metodologický vývoj v oblasti zobrazování tenkých vzorků pomocí rastrovací elektronové mikroskopie. Klasické snímání bude rozšířeno na kvantitativní zobrazování, které snímkům přidá hodnotu v podobě informací týkajících se fyzikálních a biofyzikálních vlastností studovaných vzorků, jako např. makromolekulární hmotnosti, mapování lokální hmotnosti/tloušťky, materiálového kontrastu. Zároveň budou vyvíjeny různé způsoby přípravy vzorků (chemické, kryo metody) se zohledněním pro tento typ zobrazování. Zamýšlenými preparáty budou především nanoobjekty typu liposomů a kombinace nanočástic s proteiny, jež hrají důležitou roli v medicíně.
Školitel: Krzyžánek Vladislav, Ing., Ph.D.
Využití prostředků informatiky a numerické matematiky k popisu pohybu elektromagnetického pulsu v dispersním prostředí. Vyjít z řešení rovnice, popisující tyto druhy vlnění, která je z matematického hlediska totožná s relativistickou vlnovou rovnicí, a pokusit se aplikovat Vajnštejnovu zobecněnou definici grupové rychlosti pulsu, případně jiné její definice, na různé typy dispersních prostředí a různé typy vstupujících pulsů. Aplikace lze očekávat u pulsního přenosu informací např. ve vlnovodech, optických vláknech a optických kabelech, zvláště v případě nanosekundových pulsů.
Školitel: Klapka Jindřich, doc. RNDr., CSc.
- maticová metoda výpočtu elektronově optických systémů - započtení vad seřízení a vad pátého řádu - implementace metody diferenciálních algeber pro výpočet koeficientů vad libovolného řádu
Aplikace plazmonových polaritonů v nanofotonice: - příprava plazmonických nanostruktur (např. nanoantén) a výzkum jejich vlivu na lokální zesílení elmg. pole - aplikace plazmonických nanostruktur pro lokální vybuzení fotoluminesce nebo zvýšení účinnosti fotočlánků.
- vypracování metod tvorby nanostruktur a nanosoučástek (např. kvantových ringů a teček, jednoelektronových tranzistorů, spinových propustí aj.) aplikací dostupných metod (např. lokální anodickou oxidací pomocí AFM, fokusovaného iontového svazku - FIB, elektronové litografie) na pokročilé materiály a struktury (např. polovodičové heterostruktury s 2D elektr. plynem, magnetické vrstevnaté struktury a polovodiče, grafén, aj.), - měření elektrických a magnetoelektrických transportních vlastností vytvořených struktur a součástek a jejich možné uplatnění.
Obsahem práce je numerická simulace rozdělení intenzity světla rozptýleného z náhodně drsných povrchů pevných těles, která je založena na Beckmannově-Kirchhoffově resp. Rayleighově-Riceově resp. Harveyově-Shackově teorii rozptylu elektromagnetických vln.
Cílem disertační práce je vývoj metodiky vyhodnocování experimentálních dat získaných zobrazovacím reflektometrem v širokém spektrálním rozsahu s cílem určit spektrální závislosti optických parametrů studovaných tenkých vrstev.
Využití lokalizovaných povrchových plazmonů: - tvorba plazmonických nanostruktur litografickými metodami, - výzkum vlivu prostředí a substrátů nanostruktur na lokalizované povrchové plazmony, - aplikace lokalizovaných povrchových plazmonů (např. v biosensorech).
Školitel: Spousta Jiří, prof. RNDr., Ph.D.
Vlastnosti a aplikace povrchových plazmonových polaritonů v nanofotonice: - buzení a detekce plazmonových polaritonů na kovových tenkých vrstvách a nanostrukturách, - výzkum šíření plazmonových polaritonů na površích těchto objektů a jejich aplikace (např. v nanosenzorech).
Školitel: Dub Petr, prof. RNDr., CSc.
Výzkum vlastností módů lokalizovaných povrchových plasmonů: - buzení specifických módů lokalizovaných povrchových plazmonů v nanostrukturách, - metody detekce a mapování módů lokalizovaných povrchových plazmonů v nanostrukturách.
Výpočty ultratenkých vrstev (např. grafenu) vycházející z prvotních principů umožňují stanovit jejich elektrické a optické vlastnosti, které mohou být s výhodou využity při zlepšování citlivosti/účinnosti senzorů, solárních článků a polem řízených tranzistorů. V rámci dizertační práce bude pozornost věnována zkoumání změn těchto vlastností způsobených adsorpcí atomů a molekul. V prvoprincipiálních výpočtech bude využívána teorie funkcionálu hustoty (DFT) implementovaná do softwaru VASP a FIREBALL.
Určení koeficientů vad z aberačních integrálů a zpracováním výsledků trasování. Odvození aberačních integrálů pro vady vyšších řádů a pro vady v důsledku špatného seřízení jednotlivých prvků elektronově optických soustav. Možnosti korekcí vybraných vad deflektory a stigmátory.
Výzkum nanostruktur GaN: - příprava nanostruktur (ultratenkých vrstev, nanokrystalů a nanovláken) GaN využitím atomárních/iontových svazků a dalších metod, - charakterizace složení a struktury GaN, - měření optických vlastností (fotoluminiscence) GaN nanostruktur.
Školitel: Čechal Jan, prof. Ing., Ph.D.
Výzkum magnetických mikrostruktur a nanostruktur: - příprava nanodrátů, nanodisků a dalších magnetických nanostruktur litografickými (EBL, FIB,…) a hybridními metodami (selektivní růst) a jejich charakterizace, - měření procesů magnetizace těchto nanostruktur statickými a dynamickými metodami (MFM, mikroskopický MOKE, XMCD,….) a jejich aplikace v oblasti datového záznamu.
- vývoj technik pro tvorbu uspořádaných souborů nanočástic z koloidních roztoků na různé substráty - výzkum optických (plasmonických) vlastností vytvořených nanostruktur - výzkum transportních vlastností vytvořených nanostruktur - vývoj aplikací (např. pro detekci biomolekul atd.)
Výzkum růstu polovodičových nanovláken a jejich heterostruktur: - výběr a depozice vhodných katalytických nanočástic, - růst homogenních nanovláken (např. Si, Ge) pomocí metod PVD nebo CVD a optimalizace jejich růstu (např. in situ pozorováním v SEM v případě metody PVD), - růst a optimalizace nanovláknových heterostruktur.
Vývoj hybridních metod selektivního růstu nanostruktur na površích strukturovaných (“paternovaných”) substrátů: - paternování povrchů vzorků nanolitografickými metodami (FIB, SEM, SPM), - selektivní růst kovových nebo polovodičových (např. GaN) nanostruktur na těchto površích naprašováním v podmínkách ultravakua nebo depozicí z koloidních roztoků.
Výzkum vlivu magnetického pole na šíření povrchových plazmonových polaritonů. Využití tohoto jevu v oblasti sensorů a detektorů.
- výzkum principů tvorby nanostruktur pomocí lokálního odprašování a depozice realizovaných zařízením na bázi fokusovaného iontového svazku (FIB) , - aplikace FIB pro tvorbu masek a mřížek s využitím v nanoelektronice a nanofotonice.
- výzkum metody lokální anodické oxidace (LAO) realizované metodou AFM, - aplikace mikroskopu AFM pro tvorbu masek a mřížek s využitím v nanoelektronice a nanofotonice.
Vychylovací elektrostatický systém sestává zpravidla z 8 elektrod, které jsou přesně vyrobeny a sestaveny, a na ně je přiváděno přesně zvolené napětí. V případě, kdy není geometrie přesná (jedna nebo více elektrod mají nevhodné rozměry a mezery mezi elektrodami nejsou stejné nebo malé) nebo nejsou napětí na elektrodách správná, vychylovací pole se mění. Pokud jsou odchylky malé, započteme je jako přídavná pole fokusační, dipólová, kvadrupólová a hexapólová. Pokud je ale jedna elektroda posunuta nebo nakloněna, bude třeba sáhnout k 3D výpočtům elektrostatického pole. Důležité je také charakterizovat vady optického systému v důsledku těchto dodatečných polí.
V elektronové optice při návrhu soustav čoček, ať už rotačně souměrných nebo kvadrupólových, je třeba určit chování dané soustavy a případně ji optimalizovat tak, aby splněny zadané podmínky (dosažení dané polohy obrazu, zvětšení, rotace obrazu v magnetické čočce, velikosti vad a vad v důsledku neseřízení daného optického prvku). Nejprve prozkoumejte chování několika geometrií čoček (ohnisková dálka, vady) v závislosti na jejich buzení a nejvhodnější vyjádření této závislosti vhodné pro interpolaci. Pro složitější systémy s více prvky v soustavě je třeba vypracovat metodiku výpočtu a optimalizace soustav.
Technika LIBS využívá intenzivní záření vytvořené fokusováním laserového svazku z pulzního laseru na generaci svítící mikroplazmy (z pevných, kapalných nebo plynných vzorků) v ohniskové vzdálenosti fokusující čočky. Složení plasmy odpovídá složení analyzovaného materiálu. Detekční limity metody se pohybují od desítek ppm. Jako příklad z oblastí aplikací LIBS bychom mohli uvést kontrolu kvality materiálů a svarů v případě kovových konstrukcí nebo oblast monitorování životního prostředí. LIBS aparaturu lze vybudovat jako mobilní a přizpůsobit daným aplikacím. Cílem disertační práce je využití metody LIBS pro dálkovou detekci stopových prvků ve vzorcích průmyslových a biologických materiálů.
Vývoj prvků mikroskopu SPM a jeho aplikace v oblasti povrchů, tenkých vrstev a nanostruktur. Budou zkoumány možnosti zakomponování tohoto mikroskopu nebo jeho jednotlivých prvků do mikroskopu SEM nebo jiných mikroskopických technik.
Vývoj řídící jednotky pro ovládání piezokeramických nanomanipulátorů a aktuátorů. Tyto prvky budou využívány jako součást SPM nebo měřících či litografických stolků.
- vybudování aparatury pro měření lokálních a integrálních fotoluminiscenčních vlastností nanostruktur - výzkum fotoluminiscenčních vlastností nanostruktur (uspořádaných i neuspořádaných polovodičových/dielektrických struktur)
- vypracování metod manipulace/tvorby nanovláken (např. C60) mezi segmenty nanoelektrod, - měření elektrických transportních vlastností nanovláken.
- aplikace nově vyvinuté ultravakuové aparatury, vybavené zařízením pro molekulární svazkovou epitaxi (MBE) a difrakci odražených elektronů o vysokých energiích (RHEED), pro přípravu magnetických ultratenkých vrstev a nanostruktur - aplikace FIB, EBL a dalších metod pro přípravu magnetických ultratenkých vrstev a nanostruktur - výzkum magnetických vlastností ultratenkých vrstev a nanostruktur
Studijní plán oboru není zatím pro tento rok vygenerován.