Detail oboru

Fyzikální a materiálové inženýrství

FSIZkratka: D-FMIAk. rok: 2019/2020Zaměření: Fyzikální inženýrství

Program: Fyzikální a materiálové inženýrství

Délka studia: 4 roky

Akreditace od: 1.9.2001Akreditace 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

Vypsaná témata doktorského studijního programu

  1. Analýza metodou spektroskopie laserem buzeného plazmatu (LIBS) v podtlacích

    Metoda spektrometrie laserem buzeného plazmatu (z angl. Laser-Induced Breakdown Spectroscopy, LIBS) umožňuje prvkovou analýzu materiálu v jakémkoliv složení (pevném, kapalném i plynném). Základem této metody je laserová ablace materiálu v interakčním regionu vymezeným fokusovaným laserovým pulsem. Laserem vybuzené plazma vyzařuje charakteristické záření prvků, ze kterých je složeno. Široká škála prvků vyzařuje ve viditelné části spektra, a je možné je detekovat běžně dostupnými spektrometry a detektory. Naproti tomu spektrální čáry některých prvků (C, N, S, P, Cl, Br) se nacházejí v oblasti VUV (<200 nm). Detekce těchto prvků vyžaduje specifickou přístrojovou instrumentaci, která má vyřešen problém vysoké absorpce této spektrální oblasti ve vzduchu a ve většině optických materiálů. Cílem této práce je tedy design a implementace spektrometru do stávající sestavy a následnou studii vývoje plazmatu a laserové ablace v podmínkách vakua.

    Školitel: Kaiser Jozef, prof. Ing., Ph.D.

  2. Duálně energiová rentegenová počítačová tomografie

    Duálně targetová počítačová tomografie je technika dříve primárně využívaná pouze na synchrotronových zařízeních. V poslední době je ale využívána v lékařských CT zařízeních a v současnosti je její potenciál testován i na laboratorních systémech s vysokým rozlišením. Tato technika využívá dvou energeticky rozdílných rentgenových spekter ke zkoumání a specifickému rozlišení jednotlivých tkání nebo materiálů dle jejich útlumových vlastností. Toto rozlišení je možné i pro materiály, které by nebylo možné oddělit v CT datech při využití standardního meření s jednou energií svazku. Výhodou metody duálně targetové tomografie je možnost přesného oddělení a klasifikace různých materiálů. Navíc získané informace mohou být využity pro vytváření pseudo-monochromatických snímků, což vede k redukci tomografických artefaktů, např. tvrdnutí svazku. Cílem této práce bude použití a zkoumání možností této techniky na laboratorním CT zařízení se submikronovým rozlišením.

    Školitel: Kaiser Jozef, prof. Ing., Ph.D.

  3. In-situ pozorování růstu nanostruktur

    Experimentální studium růstových módů nanostruktur je z mnoha důvodů obtížné. Přes tyto obtíže bylo největších pokroků dosaženo použitím technik umožňujících pozorovat růst nanostruktur v reálném časem (pomocí mikroskopie i spektroskopie). Naše skupina disponuje značným know-how v oblasti použití elektronové mikroskopie v reakčních podmínkách a v reálném čase. V příštím roce bude navíc v laboratořích CF Nano instalována Fourierova infračervená spektroskopie. Cílem této disertační práce bude studovat růstové módy různých nanostruktur (polovodičové nanodráty připravené metodou MBE, kovové/oxidové třírozměrné nanostruktury připravené depozicí asistovanou elektronovým svazkem atd.) pomocí špičkového experimentálního vybavení. V rámci práce se předpokládá intenzivní spolupráce s vývojovým oddělením ThermoFisher Scientific v Brně.

    Školitel: Kolíbal Miroslav, doc. Ing., Ph.D.

  4. Multifotonová a nelineární Ramanovská mikroskopie přes multimódové vlákno

    Zobrazování tkáně v hloubce několika milimetrů s rozlišením porovnatelným se standardními mikroskopy vyžaduje nové typy endoskopů. Multimódová vlákna se dají s výhodou použít jako flexibilní endoskopy, ale je nutné překonat fázové posuvy mezi módy propagovanými vláknem, které poškozují obraz a to pomocí pokročilé adaptivní optiky. Naším cílem v tomto projektu je implementace multifotonové fluorescence a nelineární Ramanovské mikroskopie (SRS nebo CARS) na výstupu z multimódového vláknového endoskopu. Student bude nejdříve studovat frekvenční závislosti světla vedeného vláknem s grandientním profilem indexu lomu (experiment a teorie) s cílem umožnit propagaci femtosekundových pulzů. Jakmile budeme schopni propagovat femtosekundové pulzy vláknem, využijeme toho v multifotonovém zobrazení a prozkoumáme možnost nelineárního Ramanovského zobrazení. Zhodnotíme, která metoda (SRS, CARS) je vhodnější pro zobrazování multimódovým vláknem. Na konci projektu bychom rádi demonstrovali nelineární zobrazení ve tkáni bez použití kontrastní látky. Toto zobrazení má potenciál v diagnostice nádorů in situ bez nutnosti biopsie. Projekt je z velké většiny experimentálně zaměřen s malým podílem teoretického modelování (20%). Student se naučí základy modelování propagace světla optickými vlákny, adaptivní optiku, mikroskopii a zobrazování, programové řízení a techniky pro charakterizaci femtosekundových pulzů. Znalost optiky je pro projekt zásadní. Základní znalosti programovacího jazyka (Matlab, LabView nebo podobné programy) je výhodou. Projekt bude realizován na Ústavu přístrojové techniky Akademie věd České Republiky s možností plného úvazku. Doktorand bude členem projektu „Gate2mu: Holografická endoskopie pro in vivo aplikace“, který v současné době probíhá na ústavu. Celý tým projektu Gate2mu bude mít 15 členů (doktorandy, postdoky a několik seniorských vědeckých pracovníků).

    Školitel: Čižmár Tomáš, prof. Mgr., Ph.D.

  5. Příprava funkčních nanostruktur a jejich analýza povrchově citlivými technikami

    Díky své geometrii jsou kvazi-jednorozměrné nanomateriály přirozenou volbou pro vytváření nanosoučástek např. v elektronice a fotonice. Důsledkem velkého poměru povrch/objem vyvstává potřeba měřit vlastnosti povrchů (ať už elektronické, morfologii atd.) povrchově citlivými metodami. Ty však obvykle postrádají velké prostorové rozlišení. Cílem práce studenta bude aplikace metod obvyklých pro studium povrchů na relevantní nanomateriály (s důrazen na kvazijednorozměrné polovodiče a oxidy) s cílem korelovat změřené např. elektronické vlastnosti se zamýšlenými funkčními (např. optické vlastnosti – fotoluminiscence atd.).

    Školitel: Kolíbal Miroslav, doc. Ing., Ph.D.

  6. Příprava zařízení na bázi nanodrátů pro nanofotoniku a bioelektroniku

    Díky své geometrii jsou kvazi-jednorozměrné nanomateriály přirozenou volbou pro vytváření nanosoučástek např. v elektronice a fotonice. Není obtížné je elektricky kontaktovat a tak vytvářet i 3D obvody. Navíc jsou vhodné jako elektrody pro použití v nano- a mikro měřítku např. pro detekci komunikace buněk nebo elektrochemii. Náplní práce studenta bude kontaktování nanodrátů a tvorba nanozařízení cílících jak na měření vlastností nanodrátů (elektrické, optické) tak i pro cílové aplikace (fotonika, bioelektronika atd.).

    Školitel: Kolíbal Miroslav, doc. Ing., Ph.D.

  7. Vývoj endoskopie optických vláken pro in vivo zobrazování

    Metody holografické endoskopie zažívají v poslední době nebývalý rozvoj, umožňují zobrazování hluboko v tkáni živých organismů se sub-buněčným rozlišením. Práce se bude zabývat aplikacemi této technologie pro zobrazování zvířecích modelů in vivo. Kandidát/ka bude vyvíjet/modifikovat optické sestavy endoskopů využívající multi-modových vláken pro zobrazování hlubokých struktur mozku a imunitních orgánů. Kandidát/ka bude také vyvíjet software pro ovládání a řízení akvizice dat a zpracování obrazu. Znalosti a zkušenosti s programováním a stavbou optických sestav jsou výhodou. Projekt bude realizován na Ústavu přístrojové techniky Akademie věd České Republiky s možností plného úvazku. Doktorand bude členem projektu „Gate2mu: Holografická endoskopie pro in vivo aplikace“, který v současné době probíhá na ústavu. Celý tým projektu Gate2mu bude mít 15 členů (doktorandy, postdoky a několik seniorských vědeckých pracovníků).

    Školitel: Čižmár Tomáš, prof. Mgr., Ph.D.


Struktura předmětů s uvedením ECTS kreditů (studijní plán)

Studijní plán oboru není zatím pro tento rok vygenerován.