Přístupnostní navigace
E-přihláška
Vyhledávání Vyhledat Zavřít
Detail oboru
FSIZkratka: D-FMIAk. rok: 2016/2017Zaměření: Fyzikální inženýrství
Program: Fyzikální a materiálové inženýrství
Délka studia: 4 roky
Akreditace od: 1.1.1999Akreditace 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.
Zobrazení vzorku ve skenovacím transmisním elektronovém mikroskopu (STEM), nebo v transmisním režimu skenovacího elektronového mikroskopu (TSEM) patří ke standardním mikroskopických technikám. Lze ho však také použít pro určení hodnot aberačních koeficientů, které je založeno na počítačovém zpracování obrazu amorfního vzorku. Znalost aberacnich koeficientu je zásadní pro seřízení korigovanych systémů. Standardní techniky využívají bud 2D pixelový detektor pod vzorkem pomocí něhož generují Ronchigramy (stínové obrazy). Analýzou jednoho, nebo malého počtu Ronchigramů lze určit aberační koeficienty. Pokud systém není vybaven 2D detektorem pod vzorkem lze aberacní koeficienty určit ze série difraktogramů - Fourierovy transformace obrazu různě nakloněné amorfniho vzorku. Práce se bude soustředit na vývoj a optimalizaci uvedených metod pro systém s 2D segmentovaným detektorem pod vzorkem. Práce bude zahrnovat návrh, simulaci a experimentální ověření metody.
Školitel: Radlička Tomáš, Mgr., Ph.D.
Experimentální studium úhlového rozdělení intenzity světla rozptýleného jednoduchými tenkými vrstvami i multivrstvami metodou ARS (Angle-resolved scattering).
Školitel: Ohlídal Miloslav, prof. RNDr., CSc.
Experimentální studium úhlového rozdělení intenzity světla rozptýleného povrchy pevnýchtěles, jednoduchými tenkými vrstvami i multivrstvami metodou ARS (Angle-resolved scattering).
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.
V rámci řešení disertační práce bude vypracován přehled základních principů bezkontaktní diagnostiky optických povrchů. Bude provedena analýza možností potlačení parazitních interferencí v systémech, zahrnujících více optických ploch či elementů. Na základě výsledků této analýzy bude navrženo a realizováno uspořádání interferometru umožňující měření kvality optických ploch obecného optického systému s důrazem na dosažení co nejvyššího kontrastu reálných a parazitních interferenčních proužků.
Školitel: Buchta Zdeněk, Ing., 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.
Student naváže na související problematiku konstrukce odměřovacího systému pro systém hlubokého reaktivního iontového leptání, která byla tématem jeho diplomové práce. Téma doktorské dizertační práce bude obor mikro-elektro-mechanických systémů se zaměřením na mikrosystémy pracující v oblasti nízkých tlaků s integrovanou laserovou a optickou technologií. Cílem práce bude návrh a realizace mikročipu, který zajistí zachycení nanočástice v tvarovaných laserových svazcích, umožní snímat její polohu a současně bude možná pracovat při sníženém tlaku (vakuu). Součástí práce bude též hledání řešení souvisejících technologických výzev, jako vývoj mikro-zrcadel, integrace vláknová optiky a mikro-optiky, plazmochemické leptání a vakuová technika. Předpokládá se, že výsledkem práce bude úspěšné zachycení nanočástice, detekce její polohy při snižovaném tlaku.
Školitel: Zemánek Pavel, prof. RNDr., Ph.D.
- maticová metoda výpočtu elektronově optických systémů - započtení vad seřízení a vad pátého řádu - implementace metody diferenciálních algeber pro výpočet koeficientů vad libovolného řádu
Školitel: Lencová Bohumila, prof. RNDr., CSc.
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.
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.
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 metody lokální anodické oxidace (LAO) realizované metodou AFM, - aplikace mikroskopu AFM pro tvorbu masek a mřížek s využitím v nanoelektronice a nanofotonice.
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.