Detail předmětu

Nanotechnologie

FEKT-MNANAk. rok: 2015/2016

Předmět se věnuje moderrní problematice Nanotechnologie - principům a aplikacím. Důraz je kladen na pochopení základních nanostruktur a různých typů interakce v blízkém poli (silová, optická, elektrická, magnetická, tepelná). Další část předmětu je věnována počítačové nanotechnologii, detekci a lokalizaci nanostruktur. Studenti aktivně připravují a prezentují témata z aplikačního potenciálu nanotechnologie (nanoelektronika, metamateriály, nanofotonika) v moderním světě.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

5

Garant předmětu

prof. RNDr. Pavel Tománek, CSc.

Zajišťuje ústav

Ústav fyziky (UFYZ)

Výsledky učení předmětu

Absolvent předmětu je schopen:
- definovat a vysvětlit nové fyzikální ( elektrické, optické, magnetické) jevy v nanoměřítku
- popsat vybrané nanostruktury- fulereny, nanotrubičky, nanokompozity
- simulovat interakce v případě STM, AFM, SNOM
- provést detekci a lokalizaci nanostruktur
- diskutovat výhody a nevýhody nanomateriálů
- na zákkladě definovaných požadavků připravit prezentaci zvoleného tématu
- aktivně přednést a obhájit prezentaci v rámci ostatních aktivit
- připravit a prezentovat poster na zvolené téma
- vysvětlit podstatu vybraných nanofotonických součástek
- popsat metamateriály

Prerekvizity

Primárně jsou požadovány znalosti na úrovni bakalářského studia. Student má být schopen vysvětlit základní fyzikální a elektrotechnické principy mikrosvěta. Navíc by měl být schopen používat Matlab.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování závisejí na způsobu výuky a jsou popsány článkem 7 Studijního a zkušebního řádu VUT.
Metody vyučování mimo přednášek a cviččení zahrnují:
1. práci tříčlenných týmů na projektu - tj. kritická studie zvoleného odborného článku či nového tématu z oboru.
2. Veřejnou prezentaci projektu.
3. Tvorbu posteru

Způsob a kritéria hodnocení

0-15 bodů laboratorní cvičení
0-15 bodů počítačové cvičení
0-20 bodů projekt
0-50 bodů zkouška

Osnovy výuky

1. Úvod do fyziky pevné fáze
2. Úvod do fyziky pevné fáze
3. Základní typy nanostruktur - fulereny, nanotrubičky, kompozity. Karbonové polymery.
4. Fyzikální a chemické vlastnosti materiálů v atomárním měřítku. Růst nanotrubiček. Simulace růstu.
5. Interakce s hmotou v blízkém poli: silová, optická, elektrická, magnetická a další.
6. Simulace interakce v případě STM, AFM a SNOM.
7. Kvantové tečky (nebo umělé atomy)
8. Nanoelektronika: Pevnofázové nanoelektrické součástky s kvantovým jevem.
9. Nanofotonika
10. Nanofotonika
11. Metamateriály elektrické a magnetické
12. Metamateriály optické
13. aplikace nanotechnologie

Učební cíle

Předmět má dva cíle: vytvořit rámcový přehled současného vývoje v oblasti nanověd a nanotechnologie a seznámit studenty se základními aplikacemi v kvantové mechanice, fyzice pevných látek, statistické fyzice a počítačové fyzice.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu. Laboratorní cvičení, počítačová cvičení a ostatní aktivity jsou povinné.

Základní literatura

E.L. Wolf,: Nanophysics and nanotechnology, 3rd Edition, Wiley-VCH, ISBN-13: 978-3527413249
Ch.P.Poole, Jr., F.J. Owens: Introduction to Nanotechnology, Wiley Interscience, 2003 ISBN:0-471-07935-9
Nanotechnologie - elektronický text v e-learningu

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program EEKR-M1 magisterský navazující

    obor M1-MEL , 1 ročník, letní semestr, teoretická nadstavba
    obor M1-KAM , 1 ročník, letní semestr, teoretická nadstavba
    obor M1-TIT , 1 ročník, letní semestr, teoretická nadstavba

  • Program EEKR-M magisterský navazující

    obor M-TIT , 1 ročník, letní semestr, teoretická nadstavba
    obor M-MEL , 1 ročník, letní semestr, teoretická nadstavba
    obor M-KAM , 2 ročník, letní semestr, teoretická nadstavba

  • Program EEKR-M1 magisterský navazující

    obor M1-EVM , 1 ročník, letní semestr, teoretická nadstavba

  • Program EEKR-CZV celoživotní vzdělávání (není studentem)

    obor ET-CZV , 1 ročník, letní semestr, teoretická nadstavba

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. RNDr. Pavel Tománek, CSc.
Ing. Pavel Škarvada, Ph.D.

Osnova

1. Úvod do nanotechnologie.
2. Úvod do fyziky pevných látek - základní pojmy - 1. část.
3. Úvod do fyziky pevných látek - základní pojmy - 2. část.
4. Základní typy nanostruktur - klastry, fulereny.
5. Základní typy nanostruktur - nanotrubičky, kompozity. Karbonové polymery.
6. Fyzikální a chemické vlastnosti materiálů v atomárním měřítku.
7. Interakce s hmotou v blízkém poli: silová, optická, elektrická, magnetická a další.
8. Jak měříme nanostruktury - mikroskopy
9. Simulace interakce v případě STM, AFM a SNOM.
10. Kvantové tečky (nebo umělé atomy), rezonanční tunelové součástky, jednoelektronové tranzistory.
11. Interakce záření s hmotou.
12. Metamateriály

Cvičení na počítači

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Pavel Kaspar, Ph.D.
Ing. Robert Macků, Ph.D.

Osnova

1. Využití Matlabu při studiu modelování polovodičových součástek
2. Demonstrace interakce v blízkém poli.
3. Simulace základních nanostruktur - kvantové tečky
4. Simulace nanoelektronických součástek a zařízení.
5. Rezonanční tunelová dioda

Laboratorní cvičení

6 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Pavel Škarvada, Ph.D.
doc. Mgr. Dinara Sobola, Ph.D.
Ing. Elena Prokopyeva

Osnova

1. Demonstrace jevů v mikrosvětě.
2. Ellipsometie.
3. Spektrální reflektometrie.
4. Interferometrie.
5. Rastrovací mikroskopie s lokální sondou.
6. Elektronová mikroskopie.
7. Harmonický oscilátor.
8. Tunelová dioda.