diplomová práce

Interakce kovových nanočástic a rychlých elektronů

Text práce 7.49 MB

Autor práce: Ing. Andrea Konečná

Ak. rok: 2014/2015

Vedoucí: prof. RNDr. Petr Dub, CSc.

Oponent: prof. Mgr. Tomáš Tyc, Ph.D.

Abstrakt:

Rastrovací prozařovací elektronová mikroskopie je jednou ze základních technik vhodnou nejen pro zobrazování nanostruktur, ale může být také použita pro různé druhy spektroskopií a, jak bylo nedávno ukázáno, i pro nanomanipulaci. V této práci se zabýváme interakcí rychlých elektronů a kovových sférických nanočástic, konkrétně hliníkových a zlatých nanokuliček. Nejprve prezentujeme jak analytické, tak numerické výpočty spekter energiových ztrát elektronů a jejich analýzu pro různé parametry. Hlavní část práce je věnována teoretickým výpočtům sil působících na nanokuličku díky elektronu prolétávajícímu v její těsné blízkosti. Na základě našich nových výsledků odhalujících časový vývoj mechanické síly také navrhujeme možný mechanismus stojící za rozpohybováním nanočástic v elektronovém mikroskopu.

Klíčová slova:

Spektroskopie energiových ztrát elektronů, kovové nanočástice, plasmonika.

Termín obhajoby

23.6.2015

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. Ing. Ivan Křupka, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D. (člen)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (člen)

Posudek vedoucího
prof. RNDr. Petr Dub, CSc.

Diplomantka si zvolila náročné téma, které výborně zvládla. Pracovala velmi samostatně a práce, kterou sepsala, obsahuje zajímavé původní výsledky, které by měly být vbrzku publikovány. Oceňuji, že text je dobře srozumitelný, což svědčí o tom, že diplomantka má problematiku v celé její šíři velmi dobře promyšlenou. Dokládá to také více než stovka citací prací, se kterými se vskutku seznámila. Práce je pro obsahové i formální stránce vynikající. Oceňuji zajímavé rozhovory o fyzikální interpretaci výsledků a osvěžující diskusi při závěrečné redakci textu.
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 A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Známka navržená vedoucím: A

Slečna Andrea Konečná se ve své diplomové práci zabývala vysoce aktuálním tématem o silovém působení elektronů na kovovou nanočástici, okolo které vysokou rychlostí prolétávají. Je to práce teoretická, která je však úzce navázána na velmi praktické problémy spojené s pohybem částic pozorovaných elektronovým mikroskopem, i na experimenty s mikromanipulací nanočásticemi pomocí elektronového svazku.

Práce je rozdělena do šesti hlavních kapitol, kterým předchází úvod do problematiky. První kapitola shrnuje popis elektromagnetického pole pomocí Maxwellových rovnic a zavádí dále používané pojmy včetně Maxwellova tenzoru. Druhá kapitola shrnuje klasické dielektrické modely kovu a diskutuje příslušné parametry pro zlato a hliník. Třetí kapitola se zabývá spektroskopií energiových ztrát elektronů a čtvrtá kapitola zkoumá pole vytvořené rychlým elektronem v kulové částici na základě multipólového rozvoje pomocí kulových funkcí, což je velice vhodný přístup vzhledem ke sférické symetrii částice. Pomocí vypočteného pole je pak získáno spektrum energiových ztrát. V páté, klíčové kapitole práce se diplomantka zabývá přenosem hybnosti elektronu na nanočástici, který vyvolává sílu na částici působící a může způsobit její pohyb. Je odvozen a diskutován časový průběh této síly na škálách femtosekund i atosekund i její znaménko – jak se ukazuje, síla může být jak přitažlivá, tak odpudivá. Práce je psána anglicky na velice dobré úrovni, prakticky jsem v ní nenašel chyby ani překlepy. Výklad je srozumitelný, autorka se vždy snaží uvádět širší souvislosti jevů, o kterých píše. Ce se týče zpracování a grafické úpravy práce, tak je rovněž vynikající. Je zde velké množství pěkných barevných obrázků, v nichž bylo pamatováno i na detaily (např. kvalitní popisy souřadnicových os v TeXu, popisy, čitelnost grafů atd.). Rovněž typografie je velice dobrá a netrpí žádnými z běžně se vyskytujících neduhů (jako např. psaní Eulerova čísla či imaginární jednotky kurzívou). Autorka si dala záležet i na konečném provedení práce, která je tištěna na křídovém papíře.

Pozoruhodné mi připadá, v jaké šířce i hloubce musela studentka porozumět zkoumané problematice. Dokládá to mimo jiné používání pokročilých relací mezi speciálními funkcemi matematické fyziky nebo seznam literatury, který čítá přes sto položek. Práce může sloužit jako vynikající studijní materiál pro další studenty, kteří se budou podobnou problematikou zabývat.

Práce obsahuje řadu původních výsledků obsažených především v páté kapitole. Studentka prokázala, že je schopna samostatně řešit obtížné problémy z teoretické fyziky.

K práci mám jen několik následujících drobných připomínek, které však nijak negativně neovlivňují mé velmi kladné hodnocení práce. Na str. 33 autorka uvádí, že přechod od sférickým Besselových k Hankelovým funkcím odpovídá přechodu od konvergentních k divergentním vlnám. Podle mého názoru by ale bylo přesnější říci, že to odpovídá přechodu od stojatých k divergentním vlnám.

Na str. 36 pod rovnicí (4.11) by bylo vhodnější mluvit o vlnovém čísle než o vlnovém vektoru.

Je poněkud škoda, že chybí odvození rovnic pro elektromagnetické pole uvedených v sekci 4.3, když v jiných částech práce jsou odvození uvedena podrobně. Bylo by vhodné alespoň napsat, odkud se rovnice vzaly (čtenář si musí domyslet, že pravděpodobně navázáním řešení vně na řešení uvnitř koule).

Rovněž mám připomínku k terminologii – na str. 38 se mluví o multipólu odpovídajícím l=3 jako o hexapólu, podle mého názoru se však jedná o oktupól (který vznikne přibližováním a současným zesilováním dvou opačných kvadrupólů). Pro obecné l tak máme 2^l-pól, nikoli 2l-pól (což je zřejmé mimo jiné i z případu monopolu pro l=0).

V práci mi poněkud chyběla podrobnější zmínka o navázání na experiment. Rovněž by se hodilo u citace [98]  napsat, pro jaký časopis je psána. Jsou další autoři rovněž teoretici nebo bude publikace i experimentální? Pokud jde o teoretiky, byly uvedené výpočty společným dílem více lidí nebo jen autorky? Pokud bude publikace i experimentální, kde byly experimenty prováděny? Toto by studentka měla vysvětlit u obhajoby.

Vzhledem k vynikající a výrazně nadprůměrné kvalitě diplomové práce ji doporučuji k obhajobě a navrhuji klasifikovat ji stupněm výborně (A).
Kritérium hodnocení Známka
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. vysledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A

Známka navržená oponentem: A