Přístupnostní navigace
E-přihláška
Vyhledávání Vyhledat Zavřít
Detail oboru
CEITEC VUTZkratka: ANTMTAk. rok: 2018/2019
Program: Advanced Materials and Nanosciences
Délka studia: 4 roky
Akreditace od: 1.1.2011Akreditace do:
Profil
The research is focussed on the area of nanotechnologies covering materials and structures to be exploited in nanoelectronic and nanophotonic applications. The research involves the preparation, characterization and analysis of the properties of nanostructures enabling active application of principles, which determine unique and specific properties of nanostructures. Attention will be paid to the research of 2D – OD nanostructures produced by lithographic (top-down) methods and self-organizing (bottom-up) methods. The research will consider semiconductor nanostructures, magnetic and metallic nanostructures, nanotubes and nanofibres, supra-molecules and nano-electronic material on the edge of Moore's law etc.
Vstupní požadavky
http://www.ceitec.vutbr.cz/en/students/admission
Garant
prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc.
Vypsaná témata doktorského studijního programu
Tepelné bariéry jsou klíčovým prvkem pro zvyšování účinnosti proudových leteckých motorů. Tyto vysokoteplotní keramické povlaky poskytují tepelnou ochranu substrátu a současně zajišťují vysokou životnost v extrémních podmínkách okolního prostředí. Třebaže význam tepelných bariér pro zvýšení účinnosti plynných turbín je průmyslově známý a užívaný několik posledních desetiletí, pokročilý výzkum zaměřený na studium možností zvýšení provozní životnosti a účinku ochrany proti okolnímu prostředí je momentálně stále nezbytnou nutností. Tématem navrhované doktorské práce je pokročilý výzkum a vývoj moderních vícevrstvých tepelných bariér. Předmětem této práce jsou konkrétně systémy založené na zirkonátech vzácných zemin s obecným vzorcem Ln2Zr2O7 (kde Ln = ionty vzácných zemin). Cílem této práce jsou zejména návrh, vývoj a testování a charakterizace vícevrstvých tepelných bariér se zvýšenou odolností vůči velmi vysokým teplotám (více než 1300 oC) a zvýšenou odolností vůči agresivnímu pracovnímu prostředí (např. odolností vůči tzv. CMAS), využitelné v leteckých turbínách za účelem překonání limitů aktuálně užívaných povlaků a dosažení současných energetických a technologických požadavků. Pro vývoj a studium studovaných systémů budou použity moderní metody syntézy a pokročilé metody charakterizace materiálů aktuálně užívané v oborech chemického a fyzikálně-materiálové inženýrství.
Školitel: Menelaou Melita, Ing., Ph.D.
Kelvinova sondová mikroskopie (KPFM) je vynikající nástroj umožňující mapovat rozložení povrchového potenciálu lokálně až s nanometrovým rozlišením. Toho se dá s výhodou využít při studiu rozložení náboje na senzorech nanometrových rozměrů a při studiu p-n rozhraní solárních článků během jejich činnosti. Tato nová informace vedle obvykle studované proudové odezvy senzorů a napěťové odezvy solárních článků umožňuje lépe pochopit probíhající fyzikální procesy a využit této znalosti k odstraňování nedostatků stávajících zařízení a případně k návrhu zařízení s vyšší účinností. V práci bude nutné zvládnout obecné fyzikální principy KPFM, senzorů a solárních článků. Vhodným adeptem je absolvent magisterského studia z oblasti fyziky, elektrotechniky nebo chemie. Cíle: 1) Zvládnutí fyzikálních principů a měření senzorů a solárních článků na bázi grafenu. 2) Osvojení teoretické a praktické stránky KPFM. 3) Mapování rozložení náboje v blízkosti grafenového senzoru a návrh funkčně dokonalejších senzorů. 4) Mapování rozložení potenciálu na rozhraní grafenového-polovodičového solárního článku a návrh článku s vyšší účinností. 5) Adekvátní publikační výstupy a prezentace výsledků na mezinárodnhíc konferencích.
Školitel: Šikola Tomáš, prof. RNDr., CSc.
Kochleární implantát představuje elektronické zařízení, které v mnoha případech dokáže lidem s poruchou sluchu alespoň částečně navrátit schopnost slyšet. Současné kochleární implantáty se skládají z vnější části obsahující mikrofon, zvukový procesor a vysílací cívku, a vnitřní implantované části obsahující přijímací cívku a pole elektrod připojených ke sluchovým nervům. V poslední době již bylo provedeno několik pokusů o vytvoření plně implantovatelných kochleárních implantátů, ale ty prozatím nedosahují vhodných parametrů. Cílem práce je navrhnout a s pomocí technologie mikroelektromechanických systémů (MEMS) vytvořit banku mechanických filtrů pracujících například na piezoelektrickém principu, které by v budoucnu mohly být využity pro dekompozici akustických signálů v plně implantovatelných nízkopříkonových kochleárních implantátech.
Školitel: Prášek Jan, Ing., Ph.D.
Práce se bude zabývat interpretací kvantitativního fázového zobrazení pomocí techniky koherencí řízené holografické mikroskopie. Budou zkoumány možnosti automatizované interpretace kvantitativních fázových obrazů pomocí strojového učení s učitelem a bez učitele. Kvantitativní fázové obrazy umožňují extrakci parametrů charakterizujících distribuci suché hmoty v buňce a poskytují tak cennou informaci o buněčném chování. Cílem této práce je zdokonalit stávající metodologii pro automatizovanou klasifikaci buněk při využití této kvantitativní informace jak ze statických, tak z časosběrných kvantitativních fázových obrazů. Navržené metody budou testovány na obrazech živých buněk pro odhad využití v biologii rakovinných buněk.
Školitel: Chmelík Radim, prof. RNDr., Ph.D.
A PhD fellowship is available to conduct a project in the Central European Institute of Technology (CEITEC), Brno. The goal of this work is to study adhesion force between nanostructured surface and living cells. The student will set up a system of nanostructured pillars (substrates with those patterns are already available for the student) with desired surface properties. It is expected that the cells will attached to the top of the pillars and due to adhesion forces the cells will deform the pillars’ shapes. The student will capture a real-time video of the structure using either confocal or holographic microscope. The video will be processed by a script in MATLAB environment to create a real-time video of the adhesion force between the cell and the pillars. PhD candidate will work together with Regional Centre for Applied Molecular Oncology (RECAMO).
Školitel: Neužil Pavel, prof. Ing., Dr., DSc.
Klasické biochemické testy in vitro jsou v současnosti nahrazovány bioelektronickými senzory, které vynikají svou rychlostí, znovupoužitelností a minimálními rozměry. Jedním z nejslibnějších materiálů v této oblasti je grafen, který se vyznačuje vysokou citlivosti na přítomnost adsorbovaných molekul a zároveň je biokompatibilní. Předmětem doktorské práce bude vývoj a výroba biosenzorů na bázi grafenu a příbuzných dvourozměrných materiálů. V práci bude nutné zvládnout obecné fyzikální principy senzorů, problematiku polem řízených tranzistorů s elektrolytickým hradlem a funkcionalizaci pro docílení selektivní reakce senzoru. Vhodným adeptem je absolvent magisterského studia z oblasti fyzikálního inženýrství, elektrotechniky nebo biochemie. Cíle: 1) Zvládnutí fyzikálních principů biosenzorů po teoretické a experimentální stránce. 2) Návrh a výroba senzoru na bázi polem řízeného tranzistoru s elektrolytickým hradlem. 3) Funkcionalizace senzoru pro specifickou biologickou a chemickou reakci. 4) Testování odezvy senzoru na vybranné biologické materiály. 5) Adekvátní publikační výstupy a prezentace výsledků na mezinárodních konferencích.
The study will be aimed at the growth of III-Sb and III-As nanowires utilizing various catalyst nanoparticles in a MBE chamber of the complex UHV system in the CEITEC Nano research infrastructure. Characterization of morphology, composition, and structure, as well as measurement of their optical and electrical transport properties will serve as tools for monitoring the quality of nanowires.
Školitel: Kolíbal Miroslav, doc. Ing., Ph.D.
Práce bude zaměřena na výzkum metabolismu sekundárních látek u jednobuněčných řas pomocí editace genomu založené na Crispr/Cas9 technologii. Cílem bude vytvořit knockoutovanou generaci mikrořasy Chlamydomonas reinhardtii v jednom z genů účastnícího se při biosyntéze sekundárních metabolitů a následně tuto generaci sledovat z hlediska metabolomu pomocí hmotnostní spektrometrie s desorpcí a ionizací za ambientních podmínek jako je DESI a DART.
Školitel: Adam Vojtěch, prof. RNDr., Ph.D.
The aim of the Ph.D. thesis is to obtain a profound understanding as well as active control of the dynamics of the phase transformation in materials featuring a first-order phase transition between antiferromagnetic and ferromagnetic states. This class of materials exhibits a metamagnetic behaviour in which the transition can be driven by several types of excitations, such as temperature, magnetic field, strain or laser pulses. The prototype material to perform this study will be the FeRh alloy. Recent studies suggest that its incorporation into meso- and nanoscale devices can result into emergent phenomena and new routes to stabilize and control the antiferromagnetic or the ferromagnetic state. The Ph.D. candidate will investigate the dynamics of the phase transition in patterned films driven by ultrafast current and laser pulses. The project will involve extending the existing scanning magnetooptical Kerr microscope to a pump-probe set-up and combining it with electrical transport measurements. Further steps will lead towards all-optical control of the magnetization in the ferromagnetic phase.
Školitel: Spousta Jiří, prof. RNDr., Ph.D.
Large organic molecules (e.g. enzymes) present a prospective part of hybrid functional layers. However, deposition of large organic molecules under vacuum conditions presents an intriguing task as these cannot be thermally evaporated. Recently, in our laboratories, we got access to atomic injection system for deposition of soluble objects (e.g. molecules and nanoparticles) in ultrahigh vacuum. The goal of PhD is to develop methodology deposition of biomolecules and their characterization by microscopic and spectroscopic characterization. Within the Ph.D. study, deposited layers will be analyzed in-situ by the low energy electron microscopy (LEEM), scanning tunneling microscopy (STM), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). This will be complemented by ex-situ complementary characterization (in collaboration) by AFM, X-ray diffraction and reflectivity, and TEM. (For detailed information, please, directly contact the Jan Čechal)
Školitel: Čechal Jan, prof. Ing., Ph.D.
The aim of this PhD project is to develop multipurpose non-resonant sample holder for broadband Electron Paramagnetic Resonance spectrometer based on THz rapid frequency scans (THz-FRaScan-EPR) as well as for Fourier Transform InfraRed (FTIR) studies. Thanks to the developed sample holder the THz-FRaScan-EPR spectrometer will allow multi-frequency relaxation studies of variety of samples ranging from oriented bulk (crystal) materials, over powdered samples to air sensitive samples and liquid solutions. Furthermore, the design should allow inserting samples from Ultra High Vacuum. The sample holder should primary operate at frequencies between 80 GHz to 1100 GHz, at temperatures from 1.8 K to 300 K and at magnetic field up to 16 T. The sample holder will be tested on variety of samples ranging from Single Molecule Magnets over modern 2D solid state materials to air sensitive biological samples.
Školitel: Neugebauer Petr, doc. Dr. Ing., Ph.D.
A PhD fellowship is available to conduct a project in the Central European Institute of Technology (CEITEC), Brno. The goal of this work is to perform theoretical study, design, fabrication and characterization of nanosheet sensors made by an advanced planar technology in combination with pulse method, such as lock-in amplification. Goal of this work is to study, characterize and optimize an array of sensors made from ultrathin single crystal silicon (chips have been fabricated and they are available). This silicon device with thickness of 10.5 nm can be used as resistive sensor connected as van den Pauw device or as Hall sensor to detect intensity of magnetic field. Change of charge at its surface will modulate its conductivity or magnetic particle its properties as Hall sensor. The device will be powered by a current pulses and the output will be process by a lock-in amplifier. PhD candidate will identify the system signal noise ratio and limit of detection (LOD) of the biosubstances of interest. He/she will also design and fabricate a simple microfluidic system to confine the tested sample at suitable location at the chip. There is also required to optimize the buffer solutions not to affect the measurement. PhD candidate will analyze the type of silane crosslinkers and their utilization using chemical vapor deposition technique. Basic properties will be conducted using albumin. Next the PhD candidate will perform specific reaction antibody - antigen of one biomarker and determines its LOD. PhD candidate will work together either with Regional Centre for Applied Molecular Oncology (RECAMO) as they have cancer’s biomarkers or with partner group at Mendel University. This work will be primarily conducted in CEITEC. Part of the project might be also carried out in P.R. China, based on current exchange program and mutual agreement, i.e. it is NOT mandatory.
Pulsed Electron Paramagnetic Resonance (EPR) methods are intensively used to investigated structure and dynamics of complex macromolecules containing unpaired electrons. Among these methods Pulsed Electron-Electron Double Resonance (PELDOR) also known as Double Electron-Electron Resonance (DEER) has emerged as a powerful technique to determine relative orientation and distance between macromolecular structural units on nanometre scale. For successful applications of pulsed EPR methods it is important to have tools enabling transformation of measured signals into structural information. The goal of this PhD project is to develop new effective computational procedures and computer programs for the processing of measured pulsed EPR data in order to extract structural and dynamical information from experiments. This goal also includes application of the developed computational methods to real experimental data obtained on the molecules tagged with spin labels. For more details please contact Petr Neugebauer.
Plasmon propagation in metals and metallic compounds provides an ideal foundation for strong interaction between an optical mode and an electronic system. The functionality of plasmonic layers can be extended far beyond simple waveguide applications, e.g. by structuring into meta-surfaces. This thesis will be focused on the development of functional plasmonic surfaces and their interaction with semiconductor heterostructures. The candidate is expected to characterize the electrical and optical properties of novel plasmonic materials to pave the road for device integration with monolithic mid-infrared sensors. Previous experience with measurement setups at CEITEC (i.e. probe station, cryostats, ellipsometry) is of advantage. Applicants should be fluent in English and committed to self-motivated work in an international research group. Further relevant skills include utility programming for data analysis and lab automation (e.g. C++, Ruby, Python, Linux) as well as documentation and publication of results (LaTeX, etc.). The group of Dr. Hermann Detz focuses on hybrid plasmonic systems for applications in near- and mid-infrared sensing platforms. Particular emphasis is placed on the integration of novel plasmonic materials with established III-V optoelectronic devices. The group provides a multi-disciplinary, international environment. Scientific results are published in peer-reviewed journals and presented at international conferences.
Školitel: Detz Hermann, Dipl.-Ing. Dr.techn.
A PhD fellowship is available to conduct a project in the Central European Institute of Technology (CEITEC), Brno. The goal of this work is to perform theoretical study, design, fabrication and characterization of gold electrochemical sensors (EC) made by planar technology in combination with pulse electrochemical method, such as lock-in amplification. PhD candidate will perform detail analysis of electrode behavior and optimize their geometry. Besides that the student will design and fabricate a microfluidic system, which will allow to define the flow of liquid between individual electrochemical sensors. The lock-in amplification technique allows concurrently interrogate a few sensors. Basic characteristic will be perform using model Fe2+/Fe3+ system and compare with standard cyclic voltammetry. PhD candidate will then perform specific reaction antibody/antigen at the gold surface after the surface is treated with a thiol cross linker that there will be different antibody at each EC cell. PhD candidate will work together either with Regional Centre for Applied Molecular Oncology (RECAMO) or with partner group at Mendel University. This work will be primarily conducted in CEITEC. Part of the project might be also carried out in P.R. China, based on current exchange program and mutual agreement, i.e. it is NOT mandatory.
Cílem této práce je teoretické studium, depozice a charakterizace nanostrukturovaných jako je Au, Ag a jejich amalgámy. Od studenta se očekává, že zoptimalizuje postup jejich přípravy a charakterizuje jejich vlastnosti a materiálové složení. Dále student připraví biosenzor založený na poli těchto nanostruktorovaných materiálů a znovu charakterizuje jejich vlastnosti použitím elektrochemických, optických a elektrických metod. Následně pole těchto nanostrukturovaných elektrod jako součást mikrofluidického systému bude pouřito na včasnou diagnozu rakoviny na základě detekce cirkulujících rakovinných DNA. Čip bude vyroben a charakterizován v laboratořích CEITEC, práce s ním na detekci DNA ve spolupráci s výykupnými pracovišti v nemocnicích jako je RECAMO.
Prismatické dislokační smyčky mají Burgersův vektor kolmý k rovině smyčky a vznikají při radiačním poškození nebo při plastické deformaci. Tyto smyčky mohou být pozorovány v transmisním elektronovém mikroskopu (TEM) a mohou být vytvářeny Ga+ ionty ve fokusovaném svazku (FIB). V tomto projektu budeme studovat vzájemné interakce malých prismatických smyček a interakce smyček s volným povrchem TEM fólie jak experimentálně tak i pomocí atomárního modelování s použitím empirických potenciálů.
Školitel: Fikar Jan, Mgr., Ph.D.
Plasmonic waveguides were demonstrated to be an ideal component of monolithic infrared sensing platforms. While at present, they are commonly used for the confinement and guidance of optical modes, they offer a lot of potential to make a transition from purely passive to functional components of optical systems. The candidate should investigate the fabrication of Heusler-compounds for plasmonics applications at near- and mid-infrared wavelengths by UHV sputtering processes. Experimental work will include the nucleation and growth in different semiconductor surfaces as well as the structural characterization of these materials by X-ray diffraction and transmission electron microscopy. Previous experience with relevant equipment within the CEITEC Nano Facilities (UHV sputtering, XRD, TEM) is of advantage. Applicants should be fluent in English and committed to self-motivated work in an international research group. Further relevant skills include utility programming for data analysis and lab automation (e.g. C++, Ruby, Python, Linux) as well as documentation and publication of results (LaTeX, etc.). The group of Dr. Hermann Detz focuses on hybrid plasmonic systems for applications in near- and mid-infrared sensing platforms. Particular emphasis is placed on the integration of novel plasmonic materials with established III-V optoelectronic devices. The group provides a multi-disciplinary, international environment. Scientific results are published in peer-reviewed journals and presented at international conferences.
A PhD fellowship is available to conduct a project in the Central European Institute of Technology (CEITEC), Brno. Goal of this work is to perform theoretical study and characterize a nanostructured material which changes color based on the environment. The PhD candidate will first perform finite element modelling (FEM) to determine the physics origin of the structure behavior and fit the model on the actual structure. Then the available structures will be further studies using techniques such as near-field optical microscopy, atomic force microscopy and scanning electron microscopy. The PhD candidate will try to replicate the structure at CEITEC cleanroom or at National Institute of Standard and Technology (NIST), Gaithersburg, USA. This work will be primarily conducted in CEITEC. Part of the project might be also carried out in P.R. China, based on current exchange program and mutual agreement, i.e. it is NOT mandatory.
Experimentální studium růstových módů nanostruktur je z mnoha důvodů obtížné. Přes tyto obtíže bylo největších pokroků dosaženo použitím technik umožňujících pozorovat růst nanostruktur v reálném časem (pomocí mikroskopie i spektroskopie). Naše skupina disponuje značným know-how v oblasti použití elektronové mikroskopie v reakčních podmínkách a v reálném čase. V příštím roce bude navíc v laboratořích CF Nano instalována Fourierova infračervená spektroskopie. Cílem této disertační práce bude studovat růstové módy různých nanostruktur (polovodičové nanodráty připravené metodou MBE, kovové/oxidové třírozměrné nanostruktury připravené depozicí asistovanou elektronovým svazkem atd.) pomocí špičkového experimentálního vybavení. V rámci práce se předpokládá intenzivní spolupráce s vývojovým oddělením ThermoFisher Scientific v Brně.
Plasmonic nanoparticles allow efficient coupling between optical fields and quantum-mechanical systems within semiconductor-heterostructures. The optical response of the nanoparticles depends on their shape and size and can therefore be engineered through lithographic processes. The main goal of this thesis will be to optimize the sputtering and structuring to realize well-defined geometries. The electronic and optical properties of hybrid systems (plasmonic particles + two-dimensional electron gas) shall be characterized to allow their application as beam-shaping elements for infrared sensing platforms. Previous experience with measurement setups at CEITEC (i.e. UHV sputtering, electron-beam lithography, laser lithography, ellipsometry) is of advantage. Applicants should be fluent in English and committed to self-motivated work in an international research group. Further relevant skills include utility programming for data analysis and lab automation (e.g. C++, Ruby, Python, Linux) as well as documentation and publication of results (LaTeX, etc.). The group of Dr. Hermann Detz focuses on hybrid plasmonic systems for applications in near- and mid-infrared sensing platforms. Particular emphasis is placed on the integration of novel plasmonic materials with established III-V optoelectronic devices. The group provides a multi-disciplinary, international environment. Scientific results are published in peer-reviewed journals and presented at international conferences.
In the study plasmonice nanostructures of novel materials (for instance graphene) for detection of adsorbed complex (bio)molecules by FT IR spectroscopy will be used. Instead of relying on classical spectral shifts of localized surtface plasmon polaritons, the „finger prints“ of the molecules in optical spectra enhanced by plasmonic effects will be detected. Here, particularly, tunability of plasmon resonance properties of the nanostructures will be utilized.
Fluorescenční holografický mikroskop má na rozdíl od běžného fluorescenčního mikroskopu dva objektivy umístěné proti sobě a nemá žádný skenovací systém. Kromě optických řezů vzorkem (amplitudové zobrazní) poskytuje též fázové zobrazení nesoucí informaci o optické hustotě předmětu. Přestože je mikroskop primárně určen pro zobrazování transparentních předmětů schopných emitovat záření (např. fluorescenční), lze jej využít též pro holografické zobrazování povrchů odrazných vzorků či pro holografické zobrazování v procházejícím světle. Práce by měla zahrnovat výběr vhodných typů vzorků, návrh experimentu, návrh a realizaci přípravků pro přípravu, umístění, uchycení a uchování vzorku ve vhodném prostředí a pro manipulaci se vzorkem v průběhu experimentu, dále provádění experimentů a testování zobrazovacích možností mikroskopu pro různé typy vzorků a publikování výsledků. Cílem práce je nalézt limity mikroskopu a maximálně využít všech jeho zobrazovacích možností a najít nejvhodnější aplikace pro tuto novou zobrazovací techniku. Požadavky: - zkušenosti z oboru mikroskopie - znalosti z optiky odpovídající univerzitním kurzům - schopnost konstruování - trpělivost, spolehlivost, preciznost Výhodou je: - schopnost programování (např. Matlab, LabView, C, apod.) - základní znalosti z biologie - schopnost navazovat kontakty s možnými partnery
Školitel: Kolman Pavel, Ing., Ph.D.
Pro maximální využití informace o chování živých buněk získaných koherencí řízeným holografickým mikroskopem je nezbytné navrhnout a vyvinout komplexní automatizovatelný bioreaktor. Takové zařízení musí zajistit opticky vyhovujicí umístění živých buněk v mikroskopu se zajištěním kontroly fyziologického mikroprostředí a provedení naprogramovaných testů. Úkolem je návrh konstrukce a vývoj testovacího modelu k ověření funkčnosti.
Školitel: Veselý Pavel, MUDr., CSc.
Magnetic materials constitute highly tunable material systems that have been associated with a wide range of new scientific discoveries. Coupled order parameters in complex phase-transition materials can be controlled using various driving forces such as temperature, magnetic and electric field, strain, spin-polarized currents and optical pulses. Tuning the material properties to achieve efficient transitions would enable fast and low-power electronic devices and novel functionality at nanometer length scales. The Ph.D. candidate will explore the first-order magnetic phase transition in materials that have been subjected to strong spatial confinement and design new functional systems by assembling individual structures with well controlled properties into 2D and 3D arrays forming magnetic materials with tuneable properties. The Ph.D. candidate will be involved in the deposition of materials, advanced characterization, and lithography of nanostructures. Magnetic imaging (scanning Kerr microscopy, magnetic force microscopy, scanning electron microscopy with polarization analysis, x-ray and photoemission electron microscopy), structural imaging (low energy electron microscopy, electron backscatter diffraction), and magnetometry will be employed to tackle the project objectives.
Školitel: Kalousek Radek, doc. Ing., Ph.D.
Creepové deformace registrované při malých aplikovaných napětích se svými vlastnostmi velmi odlišují od běžně měřených plastických creepových deformací [1]. Jejich závislost na teplotě a aplikovaném napětí je mnohem slabší a jejich charakter je převážně anelastický. Mechanismus těchto deformací není znám, neboť pro svůj malý rozsah nezanechávají pozorovatelné změny v mikrostruktuře materiálu. Je zřejmé, že deformace souvisí s vytvářením pole vnitřních napětí ve struktuře materiálu. Dosud existuje jediný velmi zjednodušený model založený na ohýbání dislokačních segmentů při kombinaci viskózního skluzu a šplhání dislokací [2], je však schopen popsat jen velmi malé deformace a nevysvětluje návaznost na běžnou plastickou creepovou deformaci. Předmětem práce je vývoj komplexního dislokačního modelu creepové deformace kovových materiálů při nízkých napětích včetně přechodu k běžné creepové deformaci při vyšších napětích. Řešení bude vycházet z výše uvedeného zjednodušeného modelu a bude zahrnovat aplikaci realistického popisu interakce dislokace se segregovanými příměsemi, využití metod diskrétní dislokační dynamiky [3] a statistický popis frakce dislokačních segmentů dosahujících kritického napětí. Součástí práce bude také experimentální studium creepové deformace vybraných kovových materiálů při nízkých napětích, zejména takových, jejichž creepové chování při vyšších napětích je neobvyklé. Práce na tématu bude probíhat zejména na Ústavu fyziky materiálů AV ČR, v.v.i., kde je k dispozici všechno potřebné vybavení.
Školitel: Kloc Luboš, RNDr., CSc.
Vzhledem ke své nízké hustotě slitiny hcp kovů (Mg a Ti) jsou důležitými konstrukčními materiály pro letectví a automobilový průmysl. Jejich fyzikální a mechanické vlastnosti jsou často určeny chováním hranic zrn, zejména plastickou deformací zprostředkovanou rozhraními. Například ve slitinách α-Ti je při únavě a lomu důležitá tvorba a migrace dvojčatových hranic. Dvojčatění je také důležitým mechanismem deformace ve slitinách hořčíku. Ve slitinách TiAl je důležité chovaní mezifázových rozhraní. Objasnění vlivu těchto rozhraní na mechanické chování je důležité pro vývoj, zpracování a použití slitin titanu a hořčíku. Navrhovaný projekt je zaměřen na zkoumání klíčových procesů plastické deformace pomocí atomistických simulací. Cílem je porozumění atomistickým mechanismům plasticity zprostředkované rozhraními v hcp materiálech jako jsou slitiny na základě titanu a hořčíku.
Školitel: Ostapovets Andriy, Ph.D., Mgr.
Scanning Probe Microscopy techniques (SPM) and particularly Atomic Force Microscopy (AFM) are most common techniques for surface topography measurements. They have however still some limitations, for example its limited scanning range and lack of techniques for sub-surface mapping. Even if the interaction between probe and sample is already including information from sample volume, typically only surface topography or surface related physical properties are evaluated and the sub-surface information is lost. In most of the scanning regimes the amount of recorded and stored data is even so small that the information about sample volume is lost. On the other hand, there is lack of reliable subsurface mapping techniques with high resolution suitable for the growing field of nanotechnology, and methods of SPM tomography have large potential – and we can already see some first attempts for sub-surface mapping in the scientific literature. Aim of the proposed work is to develop techniques for mapping volume sample composition using SPM, particularly based on AC Scanning Thermal Microscopy and conductive Atomic Force Microscopy. This includes development of special reference samples, methodology and software development for control of a special, large area, SPM. In cooperation with the research group also a numerical modeling of probe-sample interaction will be performed and methods for sub-surface reconstruction will be tested.
Školitel: Klapetek Petr, Mgr., Ph.D.
For detailed info please contact the supervisor.
A PhD fellowship is available to conduct a project in the Central European Institute of Technology (CEITEC), Brno, in collaboration with Institute of Biotechnology (IBT), Prague, Czech Republic. The project focuses on a development of a method to seed cells inside a calorimeter with an internal volume of ≈ 100 fl under an objective lens of a high power optical microscope. A considerable part of the project involves development of special methodology to grow cells in a calorimeter. The method will then be applied to monitor cellular energetic balance with respect to cell life cycle, such as mitosis, induction of apoptosis etc. This work will be primarily conducted in CEITEC, with a minor involvement of the IBT; part of the project might be also carried out in P.R. China, based on current exchange program and mutual agreement, i.e. it is NOT mandatory.
Transition metal oxides present key component for many functional systems, e.g., their surfaces form both active component and support in heterogeneous catalytic systems. However, these surfaces possess very complex and indicate structure. Thanks to their huge application potential huge experimental effort is devoted to describe the surface structure and the catalysis-related properties. The goal of PhD is to develop methodology for real-time monitoring of oxide surfaces by LEEM and describe the surface phase transitions on surfaces of selected metal oxides. Within the Ph.D. study, the model oxide surfaces will be analyzed by the low energy electron microscopy (LEEM) together with complementary techniques (e.g., XPS, AR-PES, STM) with the aim to determine mesoscopic ordering, coexistence of surface phases and kinetic of their transitions under oxidizing/reducing conditions. For this a detailed methodology of the monitoring the surfaces by LEEM and LEED will be developed including the quantitative assessment of low energy electron diffraction results. (For detailed information, please, directly contact the Jan Čechal)
Invazivita a metastazování nádorových buněk jsou hlavními příčinami mortality a morbidity pacientů a nádorovým onemocněním. Nejvýznamnější problémy jsou v přesnosti diagnózy a ve volbě nejefektivnější léčebné procedury. Lepší využití materiálu z biopsie je nadějným kandidátem na zlepšení. Tento projekt je zaměřen na vývoj nové procedury pro analýzu 3D buněčné motility v nádorových fragmentech z biopsie pacientů. Zobrazování bude založeno na dvoufotonové konfokální mikroskopii, která se vyznačuje zvýšenou schopností zobrazovat v hloubce nádorové tkáně. Motilita buněk ve fragmentech bude kvantifikována a bude vyhodnocena statistická významnost změn způsobených přítomností potenciálních chemoterapeutik, což bude indikovat jejich vhodnost pro léčbu relevantních pacientů.
Školitel: Zicha Daniel, Ing., CSc.
During the last years, quantum optics has received growing attention (including Nobel Prices) for its ability to tailor quantum states in a highly controlled manner. Today, quantum optical systems start to emerge from the lab and start to be ready for real world applications. For these application it is necessary to be able to build quantum photonic elements. In this PhD project, this is done using the so-called hybrid approach, where those materials and nanoparticles are combined that can fulfil a specific task best. For this, the approach of nanoassembly is used, where either an electron microscope with manipulator an atomic force microscope is used to arrange specific configurations of nanoparticles and photonic structures. For more detailed information please contact the supervisor.
Školitel: Schell Andreas Wolfgang, Dr.
Koordinační sloučeniny jsou již dlouhá léta známy rovněž pro své použití v nádorové terapii. Příkladem může být stále ještě používaná cisplatina. Tyto cytostatika mají spoustu vedlejších účinků. Těmto lze zabránit použitím nanotransportérů například lipozomů, které mohou být dále modifikovány. Cílem práce bude příprava takovýchto látek a studium jejich biologické aktivity.
Školitel: Kopel Pavel, prof. RNDr., Ph.D.
Using radio frequency traps, it is possible to study not only single ions decoupled from the environment – a technique that revolutionized physics – but also (larger) nanoparticles. Studying nanoparticles and their controlled interactions with light, electric fields, or other particles is of high interest in quantum optics and material science. In this PhD project, the student will develop the trap setup and the corresponding optical systems and thereafter use the setup to investigate the properties of nanoparticles decoupled from the environment. For more detailed information please contact the supervisor.
During the last years, quantum optics has received growing attention (including Nobel Prices) for its ability to tailor quantum states in a highly controlled manner. Today, quantum optical systems start to emerge from the lab and start to be ready for real world applications. For these application it is necessary to be able to build quantum photonic elements. In this PhD project, photonic structures for such elements are designed, fabricated, and tested. For this, the underlying physics has to be understood, but also a hands-on approach in clean-room fabrication is required. For more detailed information please contact the supervisor.
In this study plasmonic resonant nano-and micro-structures (particles, antennas, tips) will be used for enhancement of photoluminescence of nanostructures such as nanodots, nanowires and 2D materials (e.g. metal dichalcogenides: MoS2, WS2,....). In this way single photon sources provided by defects of these structures might be recognized.
Školitel: Dub Petr, prof. RNDr., CSc.
Školitel: Kaiser Jozef, prof. Ing., Ph.D.
Korelační a holografické zobrazení umožňuje kvantitativní fázovou, nebo trojdimenzionální rekonstrukci obrazu z interferenčního pole. Tématem dizertační práce je testování korelačního a holografického zobrazení v nových optických sestavách, ve kterých je světlo místo prostorové separace do nezávislých optických cest děleno do ortogonálních polarizačních stavů. Očekává se, že takové sestavy mohou zlepšit stávající a přinést nové zobrazovací vlastnosti, které nejsou dostupné v současných experimentech. Vyžadované polarizační stavy světla, spolu s možností dodatečné prostorové modulace, budou vytvářeny pomocí elektrooptického jevu v kapalných krystalech, nebo geometricko-fázovými optickými prvky.
Školitel: Bouchal Petr, Ing., Ph.D.
Tato dizertační studie zkoumá metodu přímého tisku inkoustem, také známého jako robocoasting, pro in vitro výrobu struktur podobné biologické tkáně s potenciálním využitím jako i) náhradní tkáně nebo orgány v tkáňovém inženýrství a regenerativní medicíně, anebo ii) ve vývoji modelů pro in vitro testování léků a nových terapií. Přímý tisk inkoustem je metoda aditivní výroby, která je schopná vyrábět polymerní, keramické nebo kovové tvary. Kromě toho, tato metoda nabízejí možnost využití bio inkousty obsahující buňky pro přímou výrobu struktur podobné biologické tkáně. V průběhu studií kandidát bude mít možnost naučit se široký rozsah věcí, od syntézy materiálů pro výrobu až po biologické charakterizaci vyrobených struktur. Hlavní pozornost se bude věnovat výrobě kosti podobné tkáně, ale podle výsledků, to bude zahrnovat také jiné tkáně, jako pankreas, svaly nebo neuronální tkáně. Vysoce motivovaní a naměřené na spolupráce kandidáti s vynikajícím pracovním profilem a s ambicí naučit se materiálové a biologické vědy jsou vítány podat žádost.
Školitel: Montufar Jimenez Edgar Benjamin, M.Sc., Ph.D.
Kvantové tečky se již dlouhá léta používají jak v analytické chemii, tak i v biochemii. Vzhledem ke své nízké toxicitě jsou stále častěji používány tečky na bázi uhlíku. Existuje spousta možností jejich příprav tak i jejich modifikací. Cílem práce bude příprava uhlíkových kvantových teček a jejich případné použití v praxi.
Díky své geometrii jsou kvazi-jednorozměrné nanomateriály přirozenou volbou pro vytváření nanosoučástek např. v elektronice a fotonice. Není obtížné je elektricky kontaktovat a tak vytvářet i 3D obvody. Navíc jsou vhodné jako elektrody pro použití v nano- a mikro měřítku např. pro detekci komunikace buněk nebo elektrochemii. Náplní práce studenta bude kontaktování nanodrátů a tvorba nanozařízení cílících jak na měření vlastností nanodrátů (elektrické, optické) tak i pro cílové aplikace (fotonika, bioelektronika atd.).
V práci se student seznámí se současnou problematikou uchovávání energie prostřednictvím elektrochemických průtokových redoxních článků. Experimentální práce povede ke zdokonalení článků založených na principu redukce vanadových sloučenin a k návrhu a vývoji článků bez vanadových redoxních párů.
Školitel: Vanýsek Petr, prof. RNDr., CSc.
The topic is focused on development of numerical methods for rigorous simulation of electromagnetic wave propagation in arbitrary inhomogeneous media. Namely, we assume investigation of the techniques based on the expansion into plane waves and/or eigenmodes in combination with perturbation techniques. Developed techniques will applied to modeling of light scattering by selected biological samples. Requirements: - knowledge in fields of electrodynamics and optics corresponding to undergraduate courses - basic ability to write computer code, preferably in Matlab.
Školitel: Petráček Jiří, prof. RNDr., Dr.
Single molecular magnets (SMM) are molecular entities bearing nonzero magnetic moment. In addition to the magnetic properties SMM provide one important attribute: they represent two-state system that can be in superposition state, i.e., SMM represent quantum bits (qubits). Recent developments pushed the coherence properties of individual magnets to the range required for competitive qubits. However, for any future application the molecular qubits should be processable as thin films. Moreover, the individual qubits should be mutually interacting. The goal of PhD study is to prepare long-range ordered arrays of molecular qubits on solid surfaces a possible basis for a molecular quantum registry. The experimental research within the PhD study aims at the understanding of deposition/self-assembly phenomena of organic compounds containing magnetic atoms on metallic and graphene surfaces. A special focus will be given to graphene surfaces that provide means to control their electronic properties (by intercalation or external gate voltage) and, hence, mutual interaction of individual spins. The spin coherence properties will be investigated by cooperating partners at CEITEC and University of Stuttgart. (For detailed information, please, directly contact the Jan Čechal)
Technika spektrometrie laserem indukovaného mikroplazmatu (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 může být uvedena kontrola kvality materiálů a svarů v případě kovových konstrukcí nebo oblast monitorování životního prostředí. LIBS aparaturu lze vybudovat jako mobilní a přizpůsobit ji daným aplikacím. Cílem disertační práce je využití metody LIBS a jejích modifikací pro prvkové mapování různých pevnolátkových vzorků
During the last years, quantum optics has received growing attention (including Nobel Prices) for its ability to tailor quantum states in a highly controlled manner. Today, quantum optical systems start to emerge from the lab and start to be ready for real world applications. In this PhD project, novel solid-state quantum emitters are researched. The main tasks this involves are fabrication, optical characterization, e.g., with single photon spectroscopy, and the understanding of the properties of these emitters. For more detailed information please contact the supervisor.
Práce je zaměřena na experimentální studium stability plasmaticky nanášených tepelných bariér, konkrétně na posouzení souvislosti povrchové topografie vazebného povlaku a poškození při mechanickém a teplotním namáhání, a identifikaci optimální topografie, která povede ke zvýšení provozní životnosti součástí v oblasti transportu a výroby energie. V rámci práce budou studovány konvenční MCrAlY + ZrO2-Y2O3 systémy s různým charakterem povrchové topografie vazebné MCrAlY vrstvy připravené pomocí vysokorychlostního nástřiku plamenem a plasmatického nástřiku z různých práškových frakcí. Vzorky budou podrobeny vysokoteplotní izotermické oxidaci, tepelnému cyklování a mechanickému namáhání za pokojových teplot.
Školitel: Slámečka Karel, Ing., Ph.D.
Cílem této práce je teoretické studium, depozice a charakterizace moderních 2D materiálů, jako je arsenen, antimonen, silicen and germicen. Od studenta se ocekava, ze se seznámí s metodami přípravy těchno materiálů, bude schopen charakterizovat jejich vlastnosti technikami, jako je XRD, AFM, SEM a TEM. Pak buou 2D materiály umístěné na čipy s elektrodovými systémy jako je H-bar na měření jejich elektrických a elektromechanických vlastností. V přítomnosti elektrického pole student charakterizuje vlastnosti 2D FET struktur z hlediska jejich využití pro biosensing. Depozice 2D materiálů a práce s nimi bude probíhat v CEITEC laboratoří, výroba čipů v čistých prostorách CEITEC a v National Institute of Standard and Technology (NIST), Gaithersburg, USA.
A PhD fellowship is available to conduct a project in the Central European Institute of Technology (CEITEC), Brno. The project focuses on a development of a nanostructured materials for gecko mimicking surfaces. The key part of the work is to conduct finite element modelling (FEM) of the desired structure and to fabricate it primarily at CEITEC facility, as well as at National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, USA. Next the surface of the structure has to be treated to get desirable surface properties by self-assembly monolayer and characterize it using force spectrum (force-distance measurement) by atomic force microscope. Creation of a system to demonstrate utilization of the adhesion force is highly desirable. This work will be primarily conducted in CEITEC. Part of the project might be also carried out in P.R. China, based on current exchange program and mutual agreement, i.e. it is NOT mandatory.
Práce je zaměřena na anorganickou syntézu magnetických nanočástic, jejich povrchovou modifikaci, charakterizaci a jejich testování v izolaci cílových molekul pro následnou chemickou analýzu. Částice budou chemicky modifikovány pro selektivní izolaci nukleových kyselin z bakteriálních buněk. Celý postup izolace bude proveden nejdříve pomocí klasického laboratorního separačního postupu a následně bude převeden do prototypového fluidického zařízení. Toto zařízení pak bude testováno pro zpracování reálných vzorků patogenních bakteriálních kmenů.
Fyzikální procesy probíhající v látkách jsou povahy stochastické vzhledem k částicovému charakteru látek, a makroskopicky se projevují fluktuacemi měřitelných veličin neboli šumem. Při experimentálním studiu či jakémkoliv obyčejném měření se zpravidla monitoruje pouze střední hodnota měřitelné veličiny, nicméně díky analýze fluktuací měřených veličin pomocí statistických charakteristik vyšších řádů můžeme získat v některých případech další informace o jednotlivých procesech probíhajících uvnitř elektrické struktury. Cílem práce je studie transportu náboje a fluktuačních procesů na rozhraní elektroda a elektrolyt. Praktickým výsledkem je vytvoření fyzikálních a elektrických modelů na základě experimentální studie ampérometrických senzorů plynu.
Školitel: Sedlák Petr, doc. Ing., Ph.D.
Cílem práce je návrh metodiky pro odhad životnosti superkondenzátorů tak, aby bylo možné dosáhnout garantované provozní doby 10 let pro aplikace v satelitních systémech. Metodika bude založena na: 1) Analýze transportu náboje a závislosti kapacity na napětí a frekvenci pro superkondenzátory s kapacitou 1 až 100 F. 2) Analýze časových závislostí při nabíjení superkondenzátoru ze zdroje konstantního proudu respektive konstantního napětí. 3) Analýze samovybíjení superkondenzátoru. 4) Měření kapacity Helmholtzovy vrstvy a difuzní vrstvy v kondenzátoru.
Školitel: Sedláková Vlasta, doc. Ing., Ph.D.
Práce se zaměří na studium transportních vlastností 2D materiálů (grafén, dichalkogenidy přechodových kovů,...) modifikovaných rozličnými vrstvami adśorbentů. Důraz bude dán na in situ-měření vlastností za dobře definovaných UHV podmínek a následně na jejich využití v sensorických a dalších aplikacích.
The study will be aimed at design, fabrication, and characterization of resonant plasmonic nano- and micro-structures (“diabolo” antennas, split ring resonators, etc.) providing a significant local enhancement of magnetic components of electromagnetic fields. The structures with resonant properties particularly in the IR and THz will be studied, with respect to their potential applications in relevant spectroscopic methods.
Tuhé roztoky čtyř a více kovů s ekviatomárním složením představují zcela novou třídu materiálů s mnoha výjimečnými vlastnostmi [1]. Překvapující je např. kombinace vysoké mechanické pevnosti a plastičnosti u slitiny CoCrFeMnNi při nízkých teplotách nebo unikátní možnost „programovat“ posun křivek magnetické hystereze u stejné slitiny, a to aplikací vnějšího magnetického pole při chlazení tuhého roztoku do oblasti teplot se stabilním feromagnetickým uspořádáním. Původní představa o rozhodujícím vlivu vysoké konfigurační entropie na termodynamickou stabilitu těchto materiálů nebyla prokázána. Systémy, jako např. uvedená slitina CoCrFeMnNi a další, jsou přesto ve standardních podmínkách plně ve stavu tuhého roztoku. Uspokojivé vysvětlení pro tento fakt vycházející z termodynamických principů dosud nebylo nalezeno. Podobně chybí ucelená teorie, která by objasnila pozorované magnetické efekty. Pro mnoho slitin z této třídy dále chybí experimentální data týkající se vysokoteplotní deformace a příslušného vývoje dislokačních struktur. Z uvedených důvodů přináší navrhované téma zajímavé možnosti posunout hranice poznání v uvedené oblasti materiálové fyziky jak na straně experimentu tak i na straně teorie. Předmětem práce jsou zejména dvě aktuální témata související s vysokoteplotní pevností a magnetickými vlastnostmi nové třídy jednofázových tuhých roztoků s kubickou krystalovou strukturou, a to 1) mikrostrukturní příčiny viskózního creepu [2] a 2) fyzikální základy vertikálního posunu magnetických hysterezních smyček [3]. Řešení předpokládá využití řady experimentálních i výpočtových metod jako např. studium mikro a nano struktur uvedených materiálů technikami elektronové mikroskopie nebo numerické výpočty uspořádání magnetických momentů v rámci Ising-Heisenbergovy aproximace. Práce na tématu bude probíhat zejména v Ústavu fyziky materiálů AV ČR v Brně [http://www.ipminfra.cz/]. Předpokládám pravidelné studijní pobyty na partnerských pracovištích na Ruhr University v Bochumi (Německo) a na Oak Ridge National Laboratory (USA).
Školitel: Dlouhý Antonín, prof. RNDr., CSc.
Současná generace komerčně dostupných mikrozařízení pro konverzi, distribuci a uchování energie používají mikronové prášky nebo litograficky připravené pole materiálů pro výrobu aktivních elektrod, přičemž tyto zařízení mají omezený výkon a omezený výběr chemie. Jako nově vznikající alternativa jsou nanomateriály a nanotechnologie, které vznikly v posledních dvou dekádách, a dnes nanotechnologie tvoří jednu z hlavních oblastí technologických inovací. V souladu s tímto se chemické a fyzikální metody staly páteří nanotechnologií. Hlavní cíl této práce je vývoj metod vytváření, vysvětlit mechanismy růstu a objevovat základní a funkční vlastnosti nových typů samouspořádaných nanostrukturovaných vrstev s kovy, polovodiči, dielektriky a směsmi s mnohaúčelovou, na míru vytvořenou morfologií, mající kreativně syntetizovaný a efektivně využité různé materiálové hranice a elektrická rozhraní za využití spojení chemických, elektrochemických a fyzikálních depozicí z par pro potenciální aplikace jako superkondenzátory, senzory, optické, elektro-optické, katalytické a energiově konverzní zařízení.
Školitel: Mozalev Alexander, Dr.
Školitel: Varga Peter, prof. Dr., dr. h. c.
Práce bude zaměřena na vývoj nové generace elektromigračních kapilárních separačních technik pomocí návrhu, přípravy a testování nových interaktivních fází pro kapilární elektroforézu nebo kapilární elektrochromatografii. Navrhované fáze budou založeny na živých buňkách schopných selektivně přeměnit cílový analyt z komplikované směsi na detekovatelný produkt. Pomocí genetická modifikace budou buňky upraveny, aby nejen exprimovaly vhodné povrchové receptory, ale bude také upravena buněčná dráha související s transformací analytu na produkt a jeho uvolněním do kapilárního toku.
● Kvantitativní analýza změn chování buněk v tkáňové kultuře jako důsledek výměny genetického materiálu pomocí mikroinjekce DNA skleněnou kapilárou Kvantitativní vyhodnocení statistické signifikance změn chování buněk, jako např. rychlosti buněčné motility, bude založeno na využití koherencí řízené holografické mikroskopie a dalších metod pro zobrazování fáze. Dynamické morfometrické parametry budou vyhodnoceny pomocí metod počítačového zpracování obrazu. Projekt bude zahrnovat mikroskopické metody, kultivaci buněk v tkáňové kultuře, kapilární mikroinjekci, metody počítačového zpracování obrazu a analýzy dat.
Fluorescenční holografický mikroskop má na rozdíl od běžného fluorescenčního mikroskopu dva objektivy umístěné proti sobě a nemá žádný skenovací systém. Kromě optických řezů vzorkem (amplitudové zobrazní) poskytuje též fázové zobrazení nesoucí informaci o optické hustotě předmětu. Cílem práce je vývoj a softwarová implementace metod pro 3D zobrazování s využitím amplitudové i fázové složky zobrazení. Požadavky: - schopnost programování (např. Matlab, LabView, C, apod.) - znalosti z optiky odpovídající univerzitním kurzům - trpělivost, spolehlivost, preciznost Výhodou je: - zkušenosti s navrhováním, realizací a řízením elektronických zařízení - zkušenosti z oboru mikroskopie