diplomová práce

Nízkoteplotní rastrovací tunelová mikroskopie

Text práce 6.9 MB Příloha 761.18 kB

Autor práce: Ing. Antonín Sojka

Ak. rok: 2016/2017

Vedoucí: Ing. Michal Pavera, Ph.D.

Oponent: Marek Havlíček, DiDr.

Abstrakt:

Diplomová práce je rozdělena do dvou částí. První část pojednává o výrobě chromových a kobaltových hrotů pro SP-STM s následným testování chromových hrotů na systému Fe-Ir(111). Dále jsou v první části uvedené výsledky z růstových studií niobia na iridiu(111). Ve druhé části je detailně popsán experimentální LT-STM mikroskop fakulty Fyzikálního inženýrství. V kapitole je popsán vývoj mikroskopu a jeho testování na vzorku HOPG při atmosférických podmínek a ve vakuu. Kapitola uvádí největší problémy, který se při zprovozňování mikroskopu projevily a také jejich řešení. V druhé části je také uveden design nového transportní systému do vakua, který se skládá z paletky na transport hrotu a vzorku. V závěru druhé části je popsáno testování chladících systémů pro LT-STM a návrh jejich úprav.

Klíčová slova:

Nízko teplotní skenovací tunelová mikroskopie, LT-STM, spinové polarizovaná skenovací tunelovací mikroskopie, SP-STM, výroba STM hrotů, elektrochemické leptání hrotů, chromiové hroty, kobaltové hroty, kryogenika, UHV, magnetismus, železo, nanoskyrmiony, Ir(111), Niobium,  vakuový transportní systém, vysoce orientovaný pyrolytický grafit, HOPG

Termín obhajoby

20.6.2017

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znakmkaAznamka

Klasifikace

A

Jazyk práce

čeština

Fakulta

Ústav

Studijní program

Aplikované vědy v inženýrství (M2A-P)

Studijní obor

Fyzikální inženýrství a nanotechnologie (M-FIN)

Složení komise

prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc. (předseda)
prof. RNDr. Miroslav Liška, DrSc. (místopředseda)
prof. RNDr. Bohumila Lencová, CSc. (člen)
prof. RNDr. Jiří Komrska, CSc. (člen)
prof. RNDr. Petr Dub, CSc. (člen)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Eduard Schmidt, CSc. (člen)
prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D. (člen)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (člen)

Posudek vedoucího
Ing. Michal Pavera, Ph.D.

Diplomová práce Nízkoteplotní rastrovací tunelová mikroskopie Antonína Sojky se skládá ze dvou hlavních dílčích celků. První část je věnována pobytu na univerzitě v Nijmagenu. Zde se autor v SPM skupině zabýval výrobou supravodivých magnetických vrstev. V kapitole je popsán komplexní postup jejich přípravy a také jejich následné testování pomocí nízkoteplotního STM mikroskopu firmy Omicron. Z množství prezentované práce a z dosažených výsledků je patrné, že byl autor během stáže cenným členem skupiny.
Druhá část práce je zaměřena na nízkoteplotní STM mikroskop, který je vyvíjený na Ústavu fyzikálního inženýrství v Brně. Autor navázal na svou předešlou bakalářskou práci a motivací byla právě jeho stáž v zahraničí. Hlavním úkolem bylo oživení mikroskopu a ověření funkčnosti za nízkých teplot. Z technického hlediska se jednalo o náročný úkol spočívající v až únavném množství návrhů změn a precizním postupu jejich implementace do jednotlivých částí mikroskopu. Je nutné zmínit velkou časovou náročnost tohoto úkolu, během jehož vypracování si autor počínal nadmíru svědomitě a samostatně. Velké množství odvedené práce ovšem není z prezentace výsledků jednoznačně patrné. Kromě zřejmého úspěšného oživení a otestování mikroskopu za nízkých teplot autor navrhl i několik změn, například návrh úpravy transportního systému, které by měly usnadnit provoz mikroskopu v budoucnu. Jsem přesvědčen o tom, že díky dosaženým výsledkům lze nyní bez větších komplikací na tuto práci navázat.
Práce je psána anglicky, je srozumitelná a obsahuje pouze několik překlepů, přesto bych doporučil preciznější anglickou korekturu. Po grafické stránce je prezentace nadprůměrná. Největší slabinu nalézám v přiložené výkresové dokumentaci, která vykazuje řadu nedostatků. Práci hodnotím jako výbornou a doporučuji k obhajobě.
Kritérium hodnocení Známka
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené vysledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Známka navržená vedoucím: A

Posudek oponenta
Marek Havlíček, DiDr.

Předkládaná diplomová práce je rozdělena do dvou tématických částí z nichž první pojednává o  autorově práci během stáže na Radboud University Nijmegen v Nizozemsku a druhá se zaměřuje na výsledky práce z Ústavu fyzikálního inženýrství v Brně. Práce je psaná anglicky.

V úvodu se autor věnuje teoretickým aspektům měření pomocí sond využívajících tunelovací proud. Autor přehledně shrnuje různé varianty a způsoby měření pomocí řádkovacího tunelového mikroskopu a komentuje výhody a nevýhody jednotlivých způsobů jejich zapojení. Následně jsou popsány různé varianty pro kontrolu vzdálenosti sondy od vzorku pomocí piezokeramických krokových motorů, které jsou nezbytné pro přesnou a rychlou kontrolu sondy nad vzorkem. Další část je věnována vibracím, jejich zdrojům a způsobům jejich útlumu a odstínění. Spolu s tím jsou také diskutovány různé způsoby konstrukčních řešení, které mají za cíl zabránit negativnímu vlivu vibrací na kvalitu měření. Autor dále diskutuje specifika konstrukčních řešení pro použití v prostředí velmi nízkých tlaků a za nízkých teplot, které jsou zpravidla potřeba k dosažení atomárního rozlišení při skenování pomocí řádkového tunelového mikroskopu. Samostatnou kapitolu pak věnuje různým způsobům přípravy hrotů a zajištění jejich kompatibility pro potřeby prostředí velmi vysokého vakua.
První část práce, která vznikla v Nizozemí, je zaměřena na přípravu tenkých vrstev supravodivých a  magnetických materiálů a jejich rozhraní. Autor si zde osvojil techniku depozice tenkých vrstev a jejich následnou analýzu pomocí řádkového tunelového mikroskopu. Z práce je patrné, že diplomand je schopen samostatně připravovat vzorky, sondy k jejich měření a rutinně provádět měření těchto vrstev  s atomárním rozlišením. Zaměřuje se především na depozici india a železa na iridiový substrát analyzuje mřížkové parametry, tvar atomárních shluků na povrchu a kinetiku jejich přemísťování a shlukování na povrchu v závisloti na depozičních podmínkách a teplotě. Dále se okrajově zabývá možností pozorování tzv. skyrmionů, tj. hypotetických částic předpovězených teorií fyziky částic.
Druhá část práce vznikla na Ústavu fyzikálního inženýrství v Brně a zabývá se komplexním kontrukčním řešením nízkoteplotního řádkovacího tunelového mikroskopu pro použítí v prostředí ultravakua. Diplomand úspěšně řeší integraci mikroskopu do stávající vakuové aparatury, její vibrační odstínění a následnou optimalizaci chlazení vzorku pomocí tekutého dusíku a helia. I přes některé závažné konstrukční chyby svých předchůdců a časovou tíseň se mu úspěšně podařilo mikroskop dokončit a dosáhnout atomárního rozlišení mikroskopu, což ilustruje na vzorku pyrolytického grafitu. Systém chlazení pomocí tekutého dusíku a helia je následně testován, což umožňuje získat představu o možnostech a stabilitě systému.
Kritérium hodnocení Známka
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita C
Schopnost interpretovat dosaž. vysledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací B

Známka navržená oponentem: B