Detail předmětu

Nanotechnologie

FEKT-MPC-NANAk. rok: 2022/2023

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

Ing. Pavel Škarvada, Ph.D.

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. Práce v laboratoři je podmíněna platnou kvalifikací „osoby znalé pro samostatnou činnost“, kterou musí studenti získat před zahájením výuky. Informace k této kvalifikaci jsou uvedeny ve Směrnici děkana Seznámení studentů s bezpečnostními předpisy.

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
0-10 bodů poster
0-20 bodů projekt
0-40 bodů zkouška

Osnovy výuky

1. Úvod do problematiky
2. Sručný přehled kvantové mechaniky
3. Struktura pevných látek
4. Mikroskopické techniky 1
5. Uhlík a nanotechnologie
6. Nanostruktury
7. Mikroskopické techniky 2
8. Spektroskopie
9. MEMS, NEMS
10. Fotonika
11. Plasmonika
12. Molekulární elektronika
13. Aplikace nanotechnologií

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

Ch.P.Poole, Jr., F.J. Owens: Introduction to Nanotechnology, Wiley Interscience, 2003 ISBN:0-471-07935-9
E.L. Wolf,: Nanophysics and nanotechnology, Wiley-VCH, ISBN:978-3-527-40651-4
Kurs je vystavěn na základě informací z Internetu, vědeckých článků a vybraných částí nově vycházejících knih v angličtině.
Nanotechnologie - elektronický text v e-learningu

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program MPC-AUD magisterský navazující

    specializace AUDM-ZVUK , 0 ročník, letní semestr, volitelný

  • Program MPC-BIO magisterský navazující 0 ročník, letní semestr, povinně volitelný
  • Program MPC-EAK magisterský navazující 1 ročník, letní semestr, povinně volitelný
  • Program MPC-EEN magisterský navazující 1 ročník, letní semestr, povinně volitelný
  • Program MPC-EVM magisterský navazující 1 ročník, letní semestr, povinně volitelný
  • Program MPC-KAM magisterský navazující 0 ročník, letní semestr, volitelný
  • Program MPC-MEL magisterský navazující 1 ročník, letní semestr, povinně volitelný
  • Program MPC-TIT magisterský navazující 1 ročník, letní semestr, povinně volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Robert Macků, Ph.D.
Ing. Pavel Škarvada, Ph.D.
doc. Ing. Vlasta Sedláková, Ph.D.

Osnova

1. Úvod do problematiky
2. Sručný přehled kvantové mechaniky
3. Struktura pevných látek
4. Mikroskopické techniky 1
5. Uhlík a nanotechnologie
6. Nanostruktury
7. Mikroskopické techniky 2
8. Spektroskopie
9. MEMS, NEMS
10. Fotonika
11. Plasmonika
12. Molekulární elektronika
13. Aplikace nanotechnologií

Cvičení na počítači

6 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Pavel Kaspar, 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

7 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Nikola Papež, Ph.D.
doc. Mgr. Dinara Sobola, Ph.D.
doc. Ing. Vlasta Sedláková, Ph.D.
Ing. Pavel Kaspar, Ph.D.
Ing. Pavel Škarvada, Ph.D.

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.

Projekt

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Vlasta Sedláková, Ph.D.
Ing. Pavel Škarvada, Ph.D.
Ing. Robert Macků, Ph.D.

Osnova

Veřejná prezentace tříčlenných týmů a poster na nanotechnologické téma

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz