Přístupnostní navigace
E-přihláška
Vyhledávání Vyhledat Zavřít
Detail oboru
FSIZkratka: D-FMIAk. rok: 2019/2020Zaměření: 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. Petr Dub, CSc.
Vypsaná témata doktorského studijního programu
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.
Metoda rozptylu nízkoenergiových iontů (LEIS – Low Energy Ion Scattering) se vyznačuje extrémní povrchovou citlivostí. Proto je její aplikace žádoucí všude tam, kde hraje nejsvrchnější vrstva atomů zásadní roli v chování funkčních systémů (katalytické reakce, počáteční fáze oxidace povrchů, funkční struktury na bázi grafenu, příprava magnetických vrstev atd.). Navržené téma nabízí využití povrchové citlivosti metody LEIS v kombinaci s dalšími analytickými a zobrazovacími metodami jako je např. XPS, SIMS, AFM a STM při studiu vybraných systémů.
Školitel: Průša Stanislav, doc. Ing., Ph.D.
Kelvinova sondová mikroskopie (KPFM) je vynikající nástroj umožňující mapovat rozložení povrchového potenciálu lokálně až s nanometrovým rozlišením. Toho se dá s výhodou využít při studiu rozložení náboje na senzorech nanometrových rozměrů a při studiu p-n rozhraní solárních článků během jejich činnosti. Tato nová informace vedle obvykle studované proudové odezvy senzorů a napěťové odezvy solárních článků umožňuje lépe pochopit probíhající fyzikální procesy a využit této znalosti k odstraňování nedostatků stávajících zařízení a případně k návrhu zařízení s vyšší účinností. V práci bude nutné zvládnout obecné fyzikální principy KPFM, senzorů a solárních článků. Vhodným adeptem je absolvent magisterského studia z oblasti fyziky, elektrotechniky nebo chemie.
Školitel: Bartošík Miroslav, doc. Ing., Ph.D.
Kelvinova sondová mikroskopie (KPFM) je vynikající nástroj umožňující mapovat rozložení povrchového potenciálu lokálně až s nanometrovým rozlišením. Toho se dá s výhodou využít při studiu rozložení náboje na senzorech nanometrových rozměrů a při studiu p-n rozhraní solárních článků během jejich činnosti. Tato nová informace vedle obvykle studované proudové odezvy senzorů a napěťové odezvy solárních článků umožňuje lépe pochopit probíhající fyzikální procesy a využit této znalosti k odstraňování nedostatků stávajících zařízení a případně k návrhu zařízení s vyšší účinností. V práci bude nutné zvládnout obecné fyzikální principy KPFM, senzorů a solárních článků. Vhodným adeptem je absolvent magisterského studia z oblasti fyziky, elektrotechniky nebo chemie. Cíle: 1) Zvládnutí fyzikálních principů a měření senzorů a solárních článků na bázi grafenu. 2) Osvojení teoretické a praktické stránky KPFM. 3) Mapování rozložení náboje v blízkosti grafenového senzoru a návrh funkčně dokonalejších senzorů. 4) Mapování rozložení potenciálu na rozhraní grafenového-polovodičového solárního článku a návrh článku s vyšší účinností. 5) Adekvátní publikační výstupy a prezentace výsledků na mezinárodnhíc konferencích.
Školitel: Šikola Tomáš, prof. RNDr., CSc.
.
Školitel: Spousta Jiří, prof. RNDr., Ph.D.
Klasické biochemické testy in vitro jsou v současnosti nahrazovány bioelektronickými senzory, které vynikají svou rychlostí, znovupoužitelností a minimálními rozměry. Jedním z nejslibnějších materiálů v této oblasti je grafen, který se vyznačuje vysokou citlivosti na přítomnost adsorbovaných molekul a zároveň je biokompatibilní. Předmětem doktorské práce bude vývoj a výroba biosenzorů na bázi grafenu a příbuzných dvourozměrných materiálů. V práci bude nutné zvládnout obecné fyzikální principy senzorů, problematiku polem řízených tranzistorů s elektrolytickým hradlem a funkcionalizaci pro docílení selektivní reakce senzoru. Vhodným adeptem je absolvent magisterského studia z oblasti fyzikálního inženýrství, elektrotechniky nebo biochemie. Cíle: 1) Zvládnutí fyzikálních principů biosenzorů po teoretické a experimentální stránce. 2) Návrh a výroba senzoru na bázi polem řízeného tranzistoru s elektrolytickým hradlem. 3) Funkcionalizace senzoru pro specifickou biologickou a chemickou reakci. 4) Testování odezvy senzoru na vybranné biologické materiály. 5) Adekvátní publikační výstupy a prezentace výsledků na mezinárodních konferencích.
Klasické biochemické testy in vitro jsou v současnosti nahrazovány bioelektronickými senzory, které vynikají svou rychlostí, znovupoužitelností a minimálními rozměry. Jedním z nejslibnějších materiálů v této oblasti je grafen, který se vyznačuje vysokou citlivosti na přítomnost adsorbovaných molekul a zároveň je biokompatibilní. Předmětem doktorské práce bude vývoj a výroba biosenzorů na bázi grafenu a příbuzných dvourozměrných materiálů. V práci bude nutné zvládnout obecné fyzikální principy senzorů, problematiku polem řízených tranzistorů s elektrolytickým hradlem a funkcionalizaci pro docílení selektivní reakce senzoru. Vhodným adeptem je absolvent magisterského studia z oblasti fyzikálního inženýrství, elektrotechniky nebo biochemie.
Vláknová optika zažívá v současné době nebývalý rozvoj v oblasti experimentální i teoretické. Nedávno bylo například demonstrováno přenášení obrazu multimódovými vlákny odolné vůči deformacím vlákna či manipulace mikroskopickými objekty pomocí světla přenášeného vláknem. Vyvíjejí se rovněž nové typy vláken s komplexními vnitřními strukturami. Velmi perspektivní je využití optického vlákna jakožto prvku se specifickou časovou odezvou, které slibuje významné aplikace ve spektroskopii. Doktorand se během studia seznámí s metodami vláknové optiky, s měřením transformační matice, vytvářením požadovaných vstupních stavů pomocí prostorového modulátoru světla i s přenášením obrazu vláknem. Poté se zaměří na časovou odezvu vlákna, kterou bude analyzovat na základě měření frekvenční závislosti transformační matice. Na základě těchto výsledků se bude snažit vytvořit pulzy se specifickými vlastnostmi, které se ve vlákně chovají požadovaným způsobem, a s jejich pomocí pak vyvíjet nové spektroskopické metody s využitím optických vláken. Práce bude zahrnovat teoretickou i experimentální část. Velmi vítaná je znalost některého programovacího jazyka (Matlab, Mathematica, Labview apod.) vhodného pro výpočty i řízení experimentů. Práce bude probíhat na Ústavu přístrojové techniky AV ČR s možností plného úvazku za zajímavých podmínek. Doktorand bude zapojen do projektu „Holografická endoskopie pro in vivo aplikace“, zkráceně Gate2mu, který se v současné době na tomto ústavu řeší. Celý projekt Gate2mu bude sestávat z přibližně 15 lidí (doktorských studentů, postdoců a několika vedoucích výzkumných pracovníků).
Školitel: Tyc Tomáš, prof. Mgr., 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).
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.
Současné rastrovací elektronové mikroskopy jsou vybaveny velmi sofistikovaným detekčním systémem, který umožňuje efektivní úhlovou a energiovou filtraci sekundárních elektronů. V současnosti je známo pouze několik málo praktických aplikací filtrace signálu sekundárních elektronů a jedná se především o zobrazení dopantu v polovodičích a studium polymerních struktur. Aplikace v oblasti charakterizace kovů či jejich slitin nebyla doposud prezentována a publikována. Cílem disertační práce bude proměřit a otestovat možnosti filtrace signálních elektronů v komerčních mikroskopech a nalézt přínos této metody pro studium kovů a jejich slitin. Dalším krokem bude navrhnout a realizovat vlastní detektor umožňující filtraci (energiovou a úhlovou) sekundárních elektronů, aplikovat na studium pokročilých kovových materiálů a vytvořit fyzikální model kontrastu ve filtrovaných mikrosnímcích.
Školitel: Mikmeková Šárka, Ing. Mgr., Ph.D.
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.
Doktorská práce se bude zabývat výzkumem a vývojem nových analytických přístupů v oblasti nízkoenergiového rozptylu iontů (Low Energy Ion Scattering – LEIS), který je často využíván při analýze čistoty povrchů a hloubkovém profilování tenkých vrstev. Pomocí energie rozptýleného iontu lze provést prvkovou analýzu studovaných povrchů. Pokud je povrch vzorku odprašován lze získat z měřených energiových spekter informaci o prvkovém složení v závislosti na hloubce. Metodu LEIS je možné kombinovat s metodou SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometry) a využít tak silné stránky obou metod, citlivost a kvantifikovatelnost. Doktorská práce bude zaměřena na vývoj nových simulačních a experimentálních metod umožňujících pokročilou interpretaci měřených dat a jejich aplikace při analýze povrchových struktur.
FT IR spektroskopie může být použita pro detekci adsorbovaných komplexních (bio)molekul na plasmonických nanostrukturách nových materiálů (např. grafen). Namísto klasických posuvů spekter lokalizovaných plasmonových polaritonů může být přítomnost molekul detekována v optickém spektru zesílením plasmonickými efekty. Pro zesílení lze zejména využít laditelnosti rezonančních vlastností nanostruktur.
Fluorescenční holografický mikroskop má na rozdíl od běžného fluorescenčního mikroskopu dva objektivy umístěné proti sobě a nemá žádný skenovací systém. Kromě optických řezů vzorkem (amplitudové zobrazní) poskytuje též fázové zobrazení nesoucí informaci o optické hustotě předmětu. Přestože je mikroskop primárně určen pro zobrazování transparentních předmětů schopných emitovat záření (např. fluorescenční), lze jej využít též pro holografické zobrazování povrchů odrazných vzorků či pro holografické zobrazování v procházejícím světle. Práce by měla zahrnovat výběr vhodných typů vzorků, návrh experimentu, návrh a realizaci přípravků pro přípravu, umístění, uchycení a uchování vzorku ve vhodném prostředí a pro manipulaci se vzorkem v průběhu experimentu, dále provádění experimentů a testování zobrazovacích možností mikroskopu pro různé typy vzorků a publikování výsledků. Cílem práce je nalézt limity mikroskopu a maximálně využít všech jeho zobrazovacích možností a najít nejvhodnější aplikace pro tuto novou zobrazovací techniku.
Školitel: Chmelík Radim, prof. RNDr., Ph.D.
Popis tématu v CZ: Pro maximální využití informace o chování živých buněk získaných koherencí řízeným holografickým mikroskopem je nezbytné navrhnout a vyvinout komplexní automatizovatelný bioreaktor. Takové zařízení musí zajistit opticky vyhovujicí umístění živých buněk v mikroskopu se zajištěním kontroly fyziologického mikroprostředí a provedení naprogramovaných testů. Úkolem je návrh konstrukce a vývoj testovacího modelu k ověření funkčnosti.
Školitel: Veselý Pavel, MUDr., CSc.
Cílem disertační práce je instrumentální a metodologický vývoj v oblasti kryogenní rastrovací elektronové mikroskopie (cryo-SEM). Hydratované vzorky lze fyzikálně fixovat (velmi rychle zamrazit) tak, aby voda obsažená v preparátu byla zachovaná v podobě amorfního ledu, jen za určitých podmínek, kde tekutina nestihne krystalizovat (typickými limitujícími faktory je velmi nízká teplota kryogenu, rychlost mražení, tloušťka vzorku apod.). Pro tyto účely byly vyvinuté různé techniky, jako např. plunging do tekutého etanu, propane-jet až po dosud nejsofistikovanější mražení tekutým dusíkem za velmi vysokého tlaku (tzv. high-pressure-freezing; HPF). Součástí práce je vyvinout systém založený na mražení velmi malých objemů pomoci mikrofluidních čipů, které by mohly rozšířit cryo-EM techniky o in-situ experimenty a zároveň by byly mostem mezi klasickými mrazicími technikami a HPF. Nově vyvinuté cryo techniky budou dále přizpůsobeny pro cryo-SEM metody typu mrazového lomu, a budou aplikovány pro biomedicínské vzorky.
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.
Využití koherencí řízené holografické mikroskopie a dalších metod pro zobrazování fáze při dynamickém měření rozložení suché hmoty živých nádorových buněk v tkáňové kultuře Kvantitativní vyhodnocení statistické signifikance změn reakcí buněk na chemoterapeutika pomocí dynamických morfometrických parametrů odvozených metodami počítačového zpracování obrazu Projekt bude zahrnovat vývoj mikroskopických metod, metod počítačového zpracování obrazu, analýzy dat a kultivace buněk.
Cílem disertační práce je instrumentální a metodologický vývoj v oblasti nízkoteplotní rastrovací elektronové mikroskopie (REM), který bude zahrnovat návrh optimálního konstrukčního řešení chlazení vzorku uvnitř REM včetně antikontaminačního systému. Součástí práce bude vývoj metodiky přípravy a zobrazování hydratovaných vzorků, citlivých na ozáření elektronovým a iontovým svazkem. V rámci práce bude návrh postupů zpracování naměřených dat získaných z velkého objemu vzorku. Metodiky budou aplikovány především na biologické vzorky a jejich kombinace s nanočásticemi, jež hrají důležitou roli v medicíně, farmakologii apod.
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.
Invazivita a metastazování nádorových buněk jsou hlavními příčinami mortality a morbidity pacientů a nádorovým onemocněním. Nejvýznamnější problémy jsou v přesnosti diagnózy a ve volbě nejefektivnější léčebné procedury. Lepší využití materiálu z biopsie je nadějným kandidátem na zlepšení. Tento projekt je zaměřen na vývoj nové procedury pro analýzu 3D buněčné motility v nádorových fragmentech z biopsie pacientů. Zobrazování bude založeno na dvoufotonové konfokální mikroskopii, která se vyznačuje zvýšenou schopností zobrazovat v hloubce nádorové tkáně. Motilita buněk ve fragmentech bude kvantifikována a bude vyhodnocena statistická významnost změn způsobených přítomností potenciálních chemoterapeutik, což bude indikovat jejich vhodnost pro léčbu relevantních pacientů.
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.
Školitel: Kalousek Radek, doc. Ing., Ph.D.
Koherencí řízená holografická mikroskopie se zabývá pozorováním živých buněk in vitro. Dlouhodobá pozorování živých buněk nutně vyžadují automatizované řízení mikroskopu a experimentu. Prvým cílem práce je návrh nového optického uspořádání plně automatizovaného mikroskopu, jeho konstrukce a tvorba obslužného softwaru. Dalším cílem je návrh metod pro automatizaci biologických experimentů, jejich implementace do obslužného softwaru a testování při reálných experimentech.
Silně fokusovaný laserový paprsek funguje jako tzv. optická pinzeta, která v prostoru drží světlem mikroskopické objekty (od nanočástic po živé buňky) a umožňuje s nimi manipulovat. Za vývoj a praktické využití této metody získal Arthur Ashkin v minulém roce Nobelovu cenu za fyziku. Dosud byla většina experimentů se silovými účinky světla prováděna v kapalině, nyní s rostoucím zájmem o rozvoj kvantových technologií, se pozornost předních světových laboratoří obrací stále častěji k experimentům, kdy objekty (nanočástice, mikročástice, zdroje jednotlivých fotonů) jsou umístěny ve vysokém vakuu a levitují zde v laserových svazcích (viz obrázek). Objekty jsou zde velmi účinně izolovány od vlivu okolního prostředí a chovají se jako velmi slabě tlumený oscilátor. Jeho energii lze světlem odebírat, a tak se experimentálně přibližovat k makroskopické realizaci mechanického kvantového oscilátoru. Takový objekt pak lze využít jako extrémně citlivý sensor síly (elektrické, magnetické i gravitační), lze prostorově tvarovat potenciál v jakém se jeden nebo více objektů pohybuje a studovat základní procesy vakuových motorů, popřípadě poprvé experimentálně studovat kvantové jevy na úrovni makroskopických kvantových oscilátorů. Hlavním cílem navrhované disertační práce bude experimentální studium pohybu jednoho a více levitujících nanoobjektů ve vakuu, prostorové tvarování světelného pole, ve kterém objekty levitují, a využití experimentální aparatury jako ultracitlivého silového senzoru v různých experimentálních uspořádáních (např. objekt levitující u povrchu vzorku může být použit jako analogie k dnes běžným mikroskopům atomárních sil (AFM) ovšem s mnohem větší citlivostí, místo pN se odhaduje citlivost až zN. Předpokládá se, že doktorand bude realizovat experimenty, analyzovat a interpretovat výsledky v laboratořích a pracovnách Ústavu přístrojové techniky AV ČR (www.isibrno.cz), který rovněž zajistí veškeré materiální podmínky pro práci na období 4 let. Ústav přístrojové techniky AV ČR disponuje téměř dvacetiletou historií v oblasti optických mikromanipulačních technik, spolupracuje s řadou světových laboratoří a v dané oblasti patří mezi světovou špičku (http://www.isibrno.cz/cs/mikrofotonika).
Školitel: Zemánek Pavel, 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).
Korelační a holografické zobrazení umožňuje kvantitativní fázovou, nebo trojdimenzionální rekonstrukci obrazu z interferenčního pole. Tématem dizertační práce je testování korelačního a holografického zobrazení v nových optických sestavách, ve kterých je světlo místo prostorové separace do nezávislých optických cest děleno do ortogonálních polarizačních stavů. Očekává se, že takové sestavy mohou zlepšit stávající a přinést nové zobrazovací vlastnosti, které nejsou dostupné v současných experimentech. Vyžadované polarizační stavy světla, spolu s možností dodatečné prostorové modulace, budou vytvářeny pomocí elektrooptického jevu v kapalných krystalech, nebo geometricko-fázovými optickými prvky.
GaN zejména kvůli své mu širokému přímému přechodu (3,4 eV) je velmi perspektivní materiál pro polovodičový průmysl. Tento materiál lze připravit ve formě tenkých vrstev, ale také ve formě nanodrátů a nanokrystalů. Lze předpokládat, že prostorovým omezením tohoto materiálů budou pozorovány nové fyzikální vlastností. Studium bude směřovat k přípravě prostorově omezených nanostruktur (nanodráty, nanokrystaly), jejich analýze a studiu fyzikálních vlastností.
Rozhraní grafen/Si vytváří Schottkyho přechod, který se jeví jako velmi perspektivní pro konstrukci solárních článků a také pro přípravu velmi citlivých senzorů plynů. Ke komplexní analýze zmíněného rozhraní je nutno užít metody pro studium povrchů a rozhraní jako jsou například SPM, SEM, TEM, ramanovská a FT-IR mikrospektroskopie, atd.... Studium bude směřovat k navržení a optimalizaci elektrotechnických součástek využívajících Schottkyho přechodu.
Objevem grafenu, který se stal rychle intenzivně studovaným materiálem především pro svou unikátní strukturu a s tím související vlastnosti, došlo k zvýšenému zájmu o takzvané dvou dimenzionální (2D) materiály jako například h-BN, MoS2, WS2. Předmětem studia bude vývoj vhodných metod přípravy, analýzy a aplikace zmíněných 2D materiálů., včetně structur založených na jejich kombinaci.
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.).
- 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.)
Doktorské studium se zaměří na výzkum silné vazby mezi lokalizovanými povrchovými plazmony v anténách a excitacemi v jejich rezonančně absorbujících nekovových prostředích, následně pak využít tyto znalosti pro nalezení a aplikaci obecných principů lokalizované plazmově zesílené absorbce. Tento problém bude řešen pro široké elektromagnetické spektrum sahající od střední IR až do viditelné oblasti. Uvedený široký přístup je umožněn obecným průběhem indexu lomu při anomální disperzi, která nástává v oblasti absorbčních píků/pásů materiálů, nezávisle na fyzikálním mechanismu rezonanční absorbce. Navržené téma poskytuje příležitost překonat současnou úroveň znalostí a limitů týkajících se optimalizace lokalizované plazmově zesílené absorbce v režimu silné vazby v široké spektrální oblasti. To umožní provádět výzkum zajímavých jevů, které jsou kromě lokálního ohřevu materiálů rovněž využitelné v oblasti detekce infračerveného zaření a světla, konverze energie, (bio)senzorů, aj.
Výzkum vlivu magnetického pole na šíření povrchových plazmonových polaritonů. Využití tohoto jevu v oblasti sensorů a detektorů.
Doktorská práce se bude zabývat studiem matricových efektů v oblasti nízkoenergiového rozptylu iontů (Low Energy Ion Scattering – LEIS) a v hmotnostní spektroskopii sekundárních iontů (Secondary Ion Mass Spectrometry - SIMS). Těmito metodami lze provést prvkovou analýzu horních atomárních vrstvy, ale i vrstev hluboko pod povrchem, pokud je povrch vzorku odprašován. Kvantifikace prvkového složení je však často obtížná v důsledku matricových efektů. Doktorská práce bude zaměřena na vývoj nových přístupů kvantifikace eliminující tyto matricové efekty pomocí kombinace experimentálních dat obou metod.
Umělé magnetické frustrované systémy umožňují experimentální studium (přímo v reálném prostoru) exotických jevů, které v přírodě neexistují nebo je jejich studium velmi obtížné. Cílem tohoto PhD projektu je vytvořit 3D mřížky interagujících magnetických nanostruktur, které umožní studium vlastností koexistujících spinových kapalných fází. Hlavní otázkou pak je, jak se bude vyvíjet rozhraní mezi těmito fázemi, bude-li systém přiveden do nízkoenergiového stavu. Student se bude zabývat návrhem, výrobou a analyzováním těchto struktur. Práce bude probíhat pod dvojím vedením v režimu sdíleného (cotutelle) doktorského studia na Institut NÉEL CNRS – Université Grenoble Alpes a Ústavu přístrojové techniky AV ČR. Student absolvuje tři 5měsíční studijní cykly na Institut NÉEL v Grenoblu. Délka studia je pak tímto programem stanovena na 3 roky. Výroba vzorků bude probíhat na ÚPT AV ČR v Brně za pomocí technik elektronové litografie. Studium magnetických vlastností a jejich modelování bude probíhat na Institut NÉEL v Grenoblu.
Školitel: Kolařík Vladimír, doc. Ing., Ph.D.
Práce se zaměří na studium transportních vlastností 2D materiálů (grafén, dichalkogenidy přechodových kovů,...) modifikovaných rozličnými vrstvami adśorbentů. Důraz bude dán na in situ-měření vlastností za dobře definovaných UHV podmínek a následně na jejich využití v sensorických a dalších aplikacích.
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.
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).
Vývoj řídící jednotky pro ovládání piezokeramických nanomanipulátorů a aktuátorů. Tyto prvky budou využívány jako součást SPM nebo měřících či litografických stolků.
Doktorská práce se bude zabývat výzkumem a vývojem nových vysokonapěťových (> 600V) polovodičových součástek (diod a tranzistorů) pro aplikace v oblasti převodu vysokých elektrických výkonů (High Performance Power Conversion - HPPC) a řízení motorů (Motor Control - MC) v oblasti automobilového průmyslu, obnovitelných zdrojů energie a přenosových soustav. Součástky budou vyvíjeny ve spolupráci s firmou On Semiconductor. Doktorská práce bude zaměřena na vývoj nových metod pro diagnostiku a analýzu defektů vyvíjených součástek s využitím přístrojového vybavení v CEITECu.
Doktorská práce se bude zabývat výzkumem a vývojem nových vysokonapěťových (> 600V) polovodičových součástek (diod a tranzistorů) pro aplikace v oblasti převodu vysokých elektrických výkonů (High Performance Power Conversion - HPPC) a řízení motorů (Motor Control - MC) v oblasti automobilového průmyslu, obnovitelných zdrojů energie a přenosových soustav. Součástky budou vyvíjeny ve spolupráci s firmou On Semiconductor s cílem rozšířit výrobní portfolio. Doktorská práce bude zaměřena na vývoj nových metod pro diagnostiku a analýzu poruchovosti vyvíjených součástek s využitím přístrojového vybavení v CEITECu
- vypracování metod manipulace/tvorby nanovláken (např. C60) mezi segmenty nanoelektrod, - měření elektrických transportních vlastností nanovláken.
Školitel: Fejfar Antonín, RNDr., CSc.
Kvantitativní analýza změn chování buněk v tkáňové kultuře jako důsledek výměny genetického materiálu pomocí mikroinjekce DNA skleněnou kapilárou Kvantitativní vyhodnocení statistické signifikance změn chování buněk, jako např. rychlosti buněčné motility, bude založeno na využití koherencí řízené holografické mikroskopie a dalších metod pro zobrazování fáze. Dynamické morfometrické parametry budou vyhodnoceny pomocí metod počítačového zpracování obrazu. Projekt bude zahrnovat mikroskopické metody, kultivaci buněk v tkáňové kultuře, kapilární mikroinjekci, metody počítačového zpracování obrazu a analýzy dat.
- vybudování aparatury pro měření lokálních a integrálních fotoluminiscenčních vlastností nanostruktur - výzkum fotoluminiscenčních vlastností nanostruktur (uspořádaných i neuspořádaných polovodičových/dielektrických struktur)
Fluorescenční holografický mikroskop má na rozdíl od běžného fluorescenčního mikroskopu dva objektivy umístěné proti sobě a nemá žádný skenovací systém. Kromě optických řezů vzorkem (amplitudové zobrazní) poskytuje též fázové zobrazení nesoucí informaci o optické hustotě předmětu. Cílem práce je vývoj a softwarová implementace metod pro 3D zobrazování s využitím amplitudové i fázové složky zobrazení.
Studijní plán oboru není zatím pro tento rok vygenerován.