Přístupnostní navigace
E-přihláška
Vyhledávání Vyhledat Zavřít
Detail oboru
FSIZkratka: D-FMIAk. rok: 2013/2014Zaměření: 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
Jedná se o aktuální téma z oblasti fyziky klastrů a chemické fyziky. Předmětem studia budou simulace dynamických procesů zahrnující jak zářivé tak nezářivé elektronové přechody. Simulační programy stojí na základech interakčního modelu DIM a metody hemikvantové dynamiky. Simulace budou realizovány na výkonných sestavách počítačů s využitím technik paralelního programovaní. Současné typické simulace metodou MD na atomární úrovni jsou použitelné pro časy maximálně řádu ns a nezahrnují elektronové přechody. Avšak pomocí nového programového balíku MULTIDYN, který implementuje prostřednictvím modulů interakční model i hemikvantovou dynamiku a započtení pomalých nezářivých a zářivých procesů, bude provedena simulace postionizační dynamiky větších klastrů (desítky atomů) klastrů argonu, kryptonu a xenonu na časových škálách 100 ps – 1000 ps (modul molekulární dynamiky) a na dlouhých časových škálách od mikrosekund po nekonečno (multiškálové přiblížení). Důraz bude položen na fragmentační dynamiku klastrů po náhlé ionizaci. Kromě výsledného zastoupení fragmentů budou vyhodnocena luminiscenční spektra odpovídající zářivým procesům. Vyvinuté metody nacházejí v rámci mezinárodní spolupráce uplatnění při modelování studeného plazmatu, které se plánuje využívat k cílené sterilizaci tkáni v oblasti medicíny.
Školitel: Zlámal Jakub, Ing., Ph.D.
Užití mikroskopu SPM v oblasti povrchů, tenkých vrstev a nanostruktur. Budou zkoumány možnosti užití tohoto mikroskopu k přípravě a charakterizaci nanostruktur (příprava např. pomocí LAO, charakterizace např. užitím KFM).
Školitel: Šikola Tomáš, prof. RNDr., CSc.
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).
Výzkum grafénu a jeho aplikace: - příprava grafénu metodou CVD nebo jinými technologiemi (např. napařováním, chemickou přípravou), - charakterizace grafénu a optimalizace jeho optických a elektrických vlastností - aplikace grafénu.
Chování přirozené konvekce a s ní spojených turbulencí ve velkých měřítcích, jež mají mimo jiné zásadní vliv na klimatické změny na Zemi, je velmi aktuální výzkumný problém. I v nejjednodušším případě konvekce (Rayleighovy – Bénardovy) jsou publikované výsledky měření Nusseltova čísla Nu při vysokých Rayleighových číslech Ra ve vzájemném rozporu, není dostatečně popsáno chování hlavního konvekčního proudu, zákonitosti a příčiny jeho zvratů a chování tekutiny v blízkosti hranic (v mezních vrstvách). K vysokým hodnotám Ra charakteristickým např. pro děje v atmosféře se lze v laboratorních podmínkách přiblížit použitím plynného helia ochlazeného do blízkosti kritického bodu (5 K, 0,2 MPa). Těžištěm práce je experimentální studium přirozené konvekce při vysokých hodnotách Ra pomocí studeného héliového plynu (5 – 10 K) se zaměřením na strukturu turbulentního proudění. Cílem je přínos k pochopení obecných fyzikálních principů dosud nevyřešeného problému turbulence.
Školitel: Musilová Věra, RNDr., CSc.
Cílem disertační práce je instrumentální a metodologický vývoj v oblasti kvantitativního zobrazování v rastrovacím elektronovém mikroskopu. Doktorand/doktorandka bude pracovat především v prozařovacím módu, jenž dodá klasickým REM snímkům přidanou hodnotu v podobě informací o lokálních tloušťkách studovaných vzorků. S využitím softwarů pro pokročilé zpracování naměřených dat by měla tato metoda dokázat měřit hmotnosti jednotlivých nanočástic, makromolekulárních komplexů apod. Nedílnou součásti práce je specifická příprava vzorků a aplikace této metody v nanomateriálech a biomedicíně.
Školitel: Krzyžánek Vladislav, Ing., Ph.D.
Výzkum vlivu magnetického pole na šíření povrchových plazmonových polaritonů. Využití tohoto jevu v oblasti sensorů a detektorů.
Školitel: Spousta Jiří, prof. RNDr., Ph.D.
Náplň doktorského studia je zaměřena na vývoj mikromanipulačních technik použitelných v oblasti digitální holografické mikroskopie. Práce bude směřována na optický návrh a následnou optimalizaci zobrazovacího systému. Konstrukční návrh vyústí v realizaci funkčního vzorku, který bude testován k použití v biologii.
Školitel: Liška Miroslav, prof. RNDr., DrSc.
Obsahem práce bude modelování procesů, které podmiňují odpor proti šíření trhlin v materiálech s tvarovou pamětí. Tyto procesy zahrnují, kromě skluzových mechanizmů plastické deformace i deformačně indukovanou fázovou transformaci z kubicky prostorově středěné mřížky do monoklinické, provázené dvojčatěním.
Školitel: Šandera Pavel, 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.
- 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.
Cílem disertační práce je navrhnout a realizovat laboratorní vzor optického koherenčního tomografu umožňujícího měření topografie povrchů tenkých vrstev a multivrstev. Navržený přístroj by měl doplnit stávající zařízení Laboratoře koherenční optiky ÚFI FSI VUT v Brně (optický profilometr a zobrazovací spektrofotometr) a umožnit řešení dalších úloh jako např. měření napětí v tenkých vrstvách, měření neuniformity tenkých vrstev, ….
Školitel: Ohlídal Miloslav, prof. RNDr., CSc.
Cílem disertační práce je návrh a realizace dvoukanálového zobrazovacího reflektometru s proměnným úhlem dopadu světelného svazku umožňujícího v ultrafialové a viditelné oblasti spektra měřit ex situ průběh lokálních optických konstant a lokální tloušťky nehomogenních tenkých vrstev na velké ploše.
Charakteristickým pracovním napětím pro nízkovoltovou elektronovou mikroskopii je 5 kV. Účelem práce je aplikovat metody korekce elektronově optických vad, dnes již běžně používané v oboru vysokovoltové elektronové mikroskopie (100 kV), i v oboru mikroskopie nízkoenergiové a napomoci ji tak posunout (rozšířit) dále do oblasti vysokorozlišovací (ultra)mikroskopie se sníženou radiační zátěží vzorků. Práce musí zahrnovat úvodní studii kategorizující jednotlivé typy vad a jejich řádů, spolu s kategorizací metod vedoucích k jejich diagnostice a ve výsledku vést k návrhu korekčních parametrů vybraného typu korektoru. Konečným cílem je experimentální ověření zvolené korekční metodiky s tím, že hlavní důraz při její realizaci bude kladen na využití všech dostupných technologických metod zaručujících, že realizace systému nevnese do korigované elektronově optické soustavy další parazitní aberace plynoucí z jak mechanických, tak magnetických a elektrostatických nesymetrií.
Školitel: Kolařík Vladimír, RNDr., CSc.
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).
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 a aplikace lokalizovaných povrchových plazmonů: - vliv tvaru nanočástic a nanostruktur na lokalizované plazmonické módy, - využití blízkých polí pro zachycení a manipulaci nanočástic a další aplikace.
Téma navazuje na nedávný výzkum rigorózních numerických metod pro simulaci fotonických prvků [1-3] a je změřeno na teoretickou analýzu a numerické modelování optických vlastností moderních fotonických struktur. Budou zkoumány nové typy struktur, které jsou založeny na využití optických vlnovodů a/nebo vázaných mikrorezonátorů. Struktury budou studovány z hlediska potenciálních aplikací pro zpracování signálů (např. nelineární funkční prvky, struktury s "pomalým světlem"), případně i v senzorech. [1] J. Čtyroký, S. Helfert, R. Pregla, P. Bienstman, R. Baets, R. de Ridder, R. Stoffer, G. Klaasse, J. Petráček , P. Lalanne, J.-P. Hugonin, and R. M. De La Rue: "Bragg waveguide grating as a 1D photonic bandgap structure: COST 268 modelling task," Opt. Quantum Electron. 34 455 (2002). [2] J. Petráček, "Frequency-domain simulation of electromagnetic wave propagation in one-dimensional nonlinear structures," Optics Communications, 265 (2006) 331-335. [3] F. Morichetti, A. Melloni, J. Čáp, J. Petráček, P. Bienstman, G. Priem, B. Maes, M. Lauritano, G. Bellanca: "Self-phase modulation in slow-wave structures: A comparative numerical analysis," Optical and Quantum Electronics, 38 (2006) 761-780.
Školitel: Petráček Jiří, prof. RNDr., Dr.
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.
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.)
K získání detailní trojrozměrné informaci o vnitřní struktuře objektu pomocí rentgenového záření se využívá rentgenová (počítačová) tomografie - CT. 3D informaci získáváme průchodem svazků záření objektem pod různými úhly a matematickým zpracováním získaných rovinných obrazců, tzv. tomografickou rekonstrukcí. Experimentálně se počítačová tomografie zrealizuje rotací zdroje a detektoru kolem zkoumaného objektu (většina lékařských aplikací), anebo při konstrukčně daném směru šíření záření (například v případě synchrotronů) rotací zkoumaného objektu. Rentgenová (mikro-)tomografie využívá rentgenového záření ke studiu (malých) objektů s vysokým rozlišením. Jako zdroj rentgenového záření lze s výhodou využít krátkovlnného záření synchrotronu. Příkladem specifických aplikací, které využívají právě vlastnosti synchrotronového záření (krátkou vlnovou délku, vysoký stupeň prostorové koherence, kvazi-monochromatičnost, možnost selekce úzkého spektrálního rozsahu atd.) je získání tomogramů pomocí fázového kontrastu a možnost aplikace dvouenergiové mikrotomogafie. Cílem disertační práce je studium, vylepšení a aplikace zmíněních dvou postupů rentgenové mikrotomografie.
K získání detailní trojrozměrné informaci o vnitřní struktuře objektu pomocí rentgenového záření se využívá rentgenová (počítačová) tomografie - CT. 3D informaci získáváme průchodem svazků záření objektem pod různými úhly a matematickým zpracováním získaných rovinných obrazců, tzv. tomografickou rekonstrukcí. Experimentálně se počítačová tomografie zrealizuje rotací zdroje a detektoru kolem zkoumaného objektu (většina lékařských aplikací), anebo při konstrukčně daném směru šíření záření (například v případě synchrotronů) rotací zkoumaného objektu. Rentgenová (mikro-)tomografie využívá rentgenového záření ke studiu (malých) objektů s vysokým rozlišením. Jako zdroj rentgenového záření lze s výhodou využít krátkovlnného záření synchrotronu. Cílem disertační práce je studium, vylepšení a aplikace postupů rentgenové mikrotomografie pomocí laboratorních přístrojů a dosažení parametrů získané rekonstrukce srovnatelné s pracovními stanicemi na synchrotronu.
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.
Problematika šíření trhlin zatěžovaných ve smykových módech II, III a jejich kombinaci II+III je jedním z nejaktuálnějších témat ve světovém výzkumu únavy materiálů. Jde zejména o rychlost šíření dlouhých trhlin v prahové oblasti a kvantifikaci podmínek jejich přechodu do otevíracího módu I. V odboru MMTA ÚFI se touto problematikou zabýváme již několik let ve velmi úzké spolupráci s Ústavem materiálových věd Ericha Schmida, Rakouská akademie věd v Leobenu, kde probíhají experimenty na austenitické oceli a ARMCO železe. V rámci disertace bude pokračováno v tomto výzkumu i při studiu dalších kovových materiálů. Práce budou rovněž podporovány grantem GAČR číslo P108/10/0698, který je řešen ve spolupráci s Ústavem termomechaniky AVČR v Praze.
Školitel: Pokluda Jaroslav, prof. RNDr., CSc.
Cílem práce bude výzkum možností trojrozměrného zobrazování, které poskytuje holografická mikroskopie, a jejich využití zejména pro pozorování biologických objektů.
Školitel: Kolman Pavel, Ing., Ph.D.
- 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.
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.