Přístupnostní navigace
E-přihláška
Vyhledávání Vyhledat Zavřít
Detail oboru
CEITEC VUTZkratka: ANTMTAk. rok: 2020/2021
Program: Advanced Materials and Nanosciences
Délka studia: 4 roky
Poplatek za studium: 3000 EUR/ročně pro studenty z EU, 3000 EUR/ročně pro studenty mimo EU
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://amn-phd.ceitec.cz/admission-step-by-step/
Garant
prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc.
Vypsaná témata doktorského studijního programu
Rostoucí počet osob vykazuje obtíže při hojení ran v důsledku nemocí (cukrovka, chronické infekce, imunopresivní pacienti) a věku. Také léčba těžkých popáleninových lézí je náročným úkolem kvůli infekčním komplikacím a snížení imunitní reaktivity organismu. Rezistence zvýšeného počtu patogenů k antibiotikům nebo jiným lékům komplikuje proces hojení kožních ran. Současně je věnována větší pozornost cytotoxicitě biocidů nebo sloučenin používaných v lékařských implantátech nebo obvazech a dopadu na životní prostředí po jejich likvidaci. Polymerní nanovlákenné membrány jsou slibnými materiály pro obvazy ran díky struktuře podobné buněčné extracelulární matrix, poréznosti umožňující absorbovat vlhkost, podporovat výměnu plynů a dodávat bioaktivní molekuly do oblasti rány. Důležité jsou i nízké náklady na výrobu. Cílem práce je prozkoumat antibakteriální modifikace nanovlákenných membrán, např. liposomovými částicemi s obsahem léčiva, přidání přírodních biocidů na bázi nanočástic ligninu a potažení nanovláken tenkými měděnými vrstvami. Plazmové technologie budou testovány pro zlepšení adheze a funkčnosti materiálů.
Školitel: Zajíčková Lenka, doc. Mgr., Ph.D.
Recyklace a výroba plastů v současné době dosahuje svého vrcholu. Zároveň dnešní legislativa vyžaduje rychlý proces zpracování bez přítomnosti toxických kovů. Zejména nyní hledá plastikářský průmysl nová řešení v oblasti analytické chemie s dostatečnou a rychlou materiálovou analýzou. Spektroskopie laserem buzeného plazmatu je intenzivně využívána v mnohých odvětvích průmyslu. Pro svou odolnost a přístrojovou variabilnost je tato metoda předurčena pro přímou implementaci do výrobních procesů a dokonce i pro zařazení do výrobních linek. Cílem této práce je návrh zařízení LIBS, metodologie pro klasifikaci jednotlivých materiálů z plastů a zejména pro detekci toxických látek
Školitel: Kaiser Jozef, prof. 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.
The inherent problems of the natural enzymes include the poor stability in sever conditions of pH and temprature , low activity, high cost, as well as competitive and non-competitive inhibition which affect the efficiency of the enzyme based biosensors. With emerge of the nanomaterials they have been utilized in a wide range of applications. Due to their features including high surface to volume ratio, high electrical conductivity and possessing catalytic activity they have attracted the attention in biosensors development. Furthermore some types of the nanomaterials possess the catalytic activity similar to the natural enzyme. Nanomaterials which mimic the enzyme like activity could be a potential substitute for their natural analogues. These nanomaterials are thought to be a promising alternatives for the natural enzyme since they are easy to produce, low cost and more stable compared to their natural analogues. Moreover their catalytic activity can be modulated by modifying the synthesis procedure. In this project the nanomaterials which are thought to have the enzyme like activity are synthesized and fully characterized. Their enzyme-like activity toward a given substrate is measured by spectroscopic and amperometric methods. The effect of various parameters such as size, shape, synthesis procedure on their catalytic activity will be investigated. The results obtained in the project will be applied to develope highly stable, sensitive and selective nanobiosensors which can be applied for point of care detection in clinical diagnosis, food quality control and enviromental monitoring.
Školitel: Adam Vojtěch, 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.
The great success of graphene throws new light on discovering more two-dimensional (2D) layered nanomaterials that stem from atomically thin 2D sheets. Compared with a single element of graphene, emerging graphene-like 2D materials composed of multiple elements that possess more versatility, greater flexibility and better functionality with a wide range of potential applications. This project highlights unique morphology, biocompatibility and physicochemical properties of 2D materials with focus on their applications in electrochemical biosensing and optical biosensing. Thus, we are looking for highly motivated Ph.D. students with ability to carry out the research project independently, interpret the data and write manuscript. Background in 2D materials, microfabrication and characterisation techniques and biosensing is strongly advantageous.
Školitel: Fohlerová Zdenka, doc. Mgr., 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.
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: Uhlíř Vojtěch, Ing., Ph.D.
Plastové materiály intenzivně znečišťují naše prostředí. Začlenění do potravinového řetězce ve formě mikroplastů ovlivňují jednotlivé bioorganismy. Z toho důvodu musí být jejich toxicita a dopad na živé organismy náležitě studovány. Tématem této diplomové práce je nalezení intergrativního přístupu při studiu vlivu mikroplastů probíhající ve vodním prostředí. Hlavním cílem je vypracovat metodologii pro analýzu mikroplastů akumulovaných ve vodních organismech, tak aby bylo možné porozumět jejich nepříznivým důsledkům.
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.
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 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.
Dizertační práce se bude zabývat vývojem elektronové pinzety, která umožňuje hýbat kapkami eutektických kapalin po povrchu polovodičů. Elektronová pinzeta využívá fokusovaného elektronového svazku a je již testována v mikroskopu UHV-SEM, vyvinutém ve spolupráci s firmou TESCAN. Během řízeného pohybu kapka obsahující zlato může například leptat či jinak modifikovat povrchu polovodičů (germania, křemíku). Disertační práce by se měla věnovat interakci různých eutektických kapek s různými substráty včetně 2D materiálů (grafen apod.). Součásti práce bude optimalizace tohoto procesu včetně jeho sledování v reálném čase pomocí UHV-SEM mikroskopu.
Školitel: Průša Stanislav, doc. Ing., Ph.D.
Aerogely jsou unikátní třídou vysoce porézních, pevných materiálů, které se vyznačují síťovou, mezoporézní mikrostrukturou s otevřenou porozitou, a mají komplex výjimečných vlastností, jako je extrémně vysoká povrchová plocha, nízká hustota, vysoká katalytická aktivita, zanedbatelná tepelná vodivost atd. Slibnou výzkumnou oblastí je povrchová úprava aerogelů a dalších souvisejících vysoce porézních architektur (xerogely, ambigely) s katalyticky aktivními druhy. Toto umožní použití těchto materiálů pro širokou škálu energetických aplikací, jako jsou katalyzátory pro výrobu vodíku, elektrolyty a materiály elektrod v palivových článcích z pevných oxidů atd. Tato práce se zaměřuje na zkoumání nových možností vývoje zlepšených enviromentalní katalyzátorů na bázi modifikovaných jednofázových a vícefázových aerogelů. Aplikované metody syntézy umožní použití různých oxidových systémů pro tvorbu aerogelických šablon (na bázi perovskitu, pyrochloru, zirkonu, titanu atd.), Zatímco několik dalších technik (sol-gel syntéza, zavedení nanočástic, depozice atomových vrstev atd.) dovolí modifikovat získané šablony, aby se připravily katalyzátory s vysokou účinností, selektivitou a stabilitou reformování environmentálních plynů.
Školitel: Tkachenko Serhii, Ph.D.
Vývoj moderních materiálů, zahrnující povlaky a vrstvy, vyžaduje nové a rozvíjející se trendy v oblasti analytické chemie. Ve srovnání s ostatními analytickými metodami umožňuje spektroskopie laserem buzeného plazmatu (LIBS) rozlišení jednotlivých vrstev na základě přesné hloubky ablačního kráteru. Přesný počet dopadů laserového svazku pro detekci hloubky se liší v závislosti na analyzovaném materiálu. Avšak závislost počtu laserových pulzů na hloubce ablačního kráteru není v odborné literatuře dosud popsána. Cílem této práce je nalézt a popsat ucelenou metodiku pro studium hloubkového profilování s využitím počítačové tomografie a standardních metalografických metod. Komplexní studie bude následně využita pro kalibraci LIBS analýzy. Výstupem se stane ucelená metodologie aplikovatelná napříč technickými odvětvími.
Zpracování obrazu a počítačové vidění mají zásadní význam v každém oboru, ve kterém dochází k vylepšování, manipulování a analýze obrazů. Zejména má zásadní roli v dálkovém průzkumu, lékařském zobrazování, průmyslové inspekci, materiálovému výzkumu a dalších. Téma zahrnuje tvorbu obrazu, teorii filtrování obrazu, zvýšení kvality obrazu, rekonstrukci obrazu, registraci obrazu a 3D vizualizaci. Důraz je kladen na programování a implementaci užitečných funkcí zpracování obrazu a počítačového vidění. Připravené metody analýzy obrazu budou přizpůsobeny specifickým potřebám materiálového výzkumu s využitím nejnovějších technik souvisejících s rentgenovou počítačovou tomografií (zobrazování ve fázovém kontrastu, 3D rekonstrukce, sloučení informací z více zobrazovacich technik).
Peptide sequences that provide structural, mechanical, chemical, or biological function can be borrowed from nature and fused into synthetic poly(amino acid) chains without replicating the entire natural biomolecular sequence. Supramolecular self-assembly of such rationally designed peptide sequences is emerging as a promising route to novel biofunctional materials. Hydrogels made from peptide with strong anticancer activity in the form of hydrated films will be prepared for tests in melanoma cancer and for wound treatment after operation on skin surface. The hydrogel films will be checked and optimized in terms of their flexibility to adapt to surfaces, to adhere to surgical open surfaces, to maintain their integrity and to be easily removable by washing. Ex vivo adhesion studies will be performed on mouse. In vitro wound healing assays will be run in order to evaluate the effect of hydrogels on wound closure using melanoma and fibroblasts cell lines and testing the acceleration of closure of a wound artificially created in cell monolayers. The focus is on synthetic or biosynthetic poly(amino acid) hydrogels based on α-helical coiled-coils or β-sheets short peptides.
Nanočástice a nanočásticové systémy zaujímají mezi nanomateriály mimořádné postavení svým velkým množstvím různorodých využití v technice, biologii a medicíně, a patří mezi nejrychleji se rozvíjející nanotechnologické směry. Fyzikální a chemické vlastnosti nanočástic (nanometrické objemy materiálu) jsou zásadně ovlivnitelné jejich morfologií. S poklesem velikosti částic narůstá vliv volných povrchů, které mohou vstupovat do chemických reakcí (chemická katalýza), uplatňují se rozměrové jevy a vliv tvaru, které mění fyzikální chování (kvantové tečky, superparamagnetické a magnetické nanočástice). Téma navrhované dizertační práce je zaměřeno na strukturní a fázovou charakterizaci nanočástic a nanočásticových systémů metodami elektronové mikroskopie. Získané experimentální výsledky přispějí k pochopení vztahu mezi vlastnostmi a strukturou a budou využité pro optimalizaci přípravy těchto materiálů a jejich funkcionalizaci.
Školitel: Pizúrová Naděžda, RNDr., Ph.D.
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.
Cílem doktorského studia je vyvinout metodologii měření pomocí infračervené spektroskopie v UHV and provést měření samouspořádaných systémů and popsat chemické vazby mezi jednotlivými molekulami. (Plná anotace je k dispozici v anglické verzi)
Školitel: Čechal Jan, prof. Ing., Ph.D.
Experimentální studium růstových módů dvojdimensionálních materiálů pomocí elektronové mikroskopie je z mnoha důvodů obtížné. Naše skupina disponuje značným know-how v oblasti použití elektronové mikroskopie v reakčních podmínkách a v reálném čase a zejména špičkovým experimentálním vybavením (LEEM, FTIR v UHV a SEM pro pozorování v extrémních podmínkách). Cílem této disertační práce bude studovat růstové módy 2D materiálů (dichalkogenidy přechodných kovů, prvky IV skupiny atd.) a jejich vlastnosti pomocí pokročilé mikroskopie a spektroskopie v UHV i za vysoké teploty a tlaku.
Školitel: Kolíbal Miroslav, prof. doc. Ing., 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 metal-dielctric stacks for sensing applications at near- and mid-infrared wavelengths by UHV sputtering processes. Experimental work will include the optimization of the deposition processes, as well as lithographic structuring and device characterization. Previous experience with relevant equipment within the CEITEC Nano Facilities (UHV sputtering, 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 novel materials for sensing 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, Dr.techn. Ing.
Kandidát PhD vyvine rychlý, uživatelsky přívětivý a cenově dostupný systém “Internet of Things” (IoT) založený na stávajícím zařízení miniaturizované polymerázové řetězové reakce (PCR). Student nejprve identifikuje strukturu celého systému, způsob komunikace a registraci výsledků přes internet. Poté student vyvine systém pro amplifikaci RNA buď z horečky dengue nebo jiného viru založeného na existujícím přenosném PCR. Výsledná data budou poté automaticky nahrána pomocí vhodného rozhraní do chytrého telefon se systémem Android a poté poslána do globální sítě, takže výsledky testů budou okamžitě k dispozici kdekoli na světě. Poté bude vyvinut software interpretující výsledek, který bude zobrazovat šíření RNA na mapě s vhodnou statistikou. PCR systém bude použit k detekci RNA v místě použití v terénu pomocí RT-PCR reakce s přidáním jednoduchého zpracování vzorku pro demonstraci schopnosti celého systému
Spektroskopie laserem buzeného plazmatu (Laser-Induced Breakdown Spectroscopy – LIBS) je v současnosti převážně využívána pro kvalitativní analýzu vzorků. Samotná kvantitativní analýza je pak netriviálním krokem při zpracování dat, vyžadující pečlivou kalibraci systému vůči signálové odezvě při ablaci analytu. Existuje celá řada alternativních přístupů pro predikci množství analytu v neznámém vzorku, základním dělením je možné uvažovat jednorozměrné a vícerozměrné algoritmy. Tématem práce je srovnání jednotlivých přístupů kvantitativní analýzy a predikce s důrazem na pravdivost a preciznost měření. Dílčím úkolem je pak sestavení robustní metodiky pro kalibraci systému bez ohledu na analyzovanou matrici.
Cílem doktorského studia je studovat kinetiku růstu a fázové transformace v samoupořádaných molekulárních vrstvách a formulovat vhodný model popisující kinetiku růstu. Jedná se experimentální práci v UHV využívající kombinaci technik LEEM, STM a XPS. (Plná anotace je k dispozici v anglické verzi)
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.
Navrhovaný PhD projekt je zaměřen na syntézu a charakterizaci magneticky aktivních komplexů přechodných kovů či lanthanoidů projevujících specifické magnetické jevy jakými jsou křížení spinových stavů, jednomolekulární či jednořetězový magnetismus. Takové koordinační sloučeniny vykazují magnetickou bi- nebo multistabilitu a v tomto smyslu jsou velmi atraktivní z hlediska aplikací. Možné technologické využití se nabízí na poli paměťových zařízení s vysokou hustotou zápisu, v displejích, spintronických zařízeních, kontrastních látkách pro zobrazování pomocí magnetické rezonance apod. PhD studium bude zaměřeno na pokročilou organickou a koordinační syntézu mononukleárních a polynukleárních komplexů přechodných kovů a lanthanoidů. Nově připravené sloučeniny budou charakterizovány pomocí analytických a spektrálních metod a magnetické vlastnosti budou studovány na MPMS SQUID.
Rentgenová počítačová tomografie (CT) je významnou metodou pro 3D nedestruktivní zobrazování vzorků v mnoha odvětvích. V průmyslu je běžně využívána k odhalování vad a kontrole kvality, vědecké projekty využívají hojně zobrazování a kvantifikaci dat a aplikují řadu analýz ke zjišťování morfologických a fyzikálních parametrů. Pro zasazení do kontextu s ostatními metodami je často třeba doplnit CT data zavedenými zobrazovacími metodami jako elektronová a světelná mikroskopie a kvalitativními technikami, jako například rentgenová spektroskopie. Data z jednotlivých technik typicky mají odlišný formát, velikost, rozlišení apod. Kombinace takto rozdílných informací o vzorku je výzvou. U sesazování dvou odlišných 3D datasetů je třeba zajistit, aby si struktury vzorku vzájemně odpovídaly, u kombinace 2D a 3D technik je třeba najít v 3D datech odpovídající 2D řez. To vyžaduje programátorský přístup nebo využití speciálního software. Tato práce se bude zabývat technikami korelací informací z různých zobrazovacích metod. Takový multidisciplinární přístup je v dnešní době velmi žádaný a má velký potenciál.
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.
Metapovrchy reprezentují nový druh nanofotonických zařízení poskytujících nové funkční vlastnosti při jejich výrazné miniaturizaci. Jsou tak perspektivní pro překonání vlastností zajišťovaných klasickámi optickými prvky a zařízeními. Skládají se z nanoelementů s rozměry menšími než je vlnová délka záření, a to buď kových nebo dielektrických, které přispívají k utváření celkových optických vlastností pomocí modifikace fáze vyvolané rozptylem záření. PhD studium se zaměří na výzkum nové třídy metapovrchů s laditelnýmí optickými vlastnostmi. To může být zajištěno aplikaci nanoelementů z materiálů vykazujících fázové transformace anebo použitím piezoelementů. Metapovrchy budou vyráběny pomocí elektronové svazkové litografie a jejich funkční vlastností charakterizovány holografickáými metodami umožňujícími projekční zobrazování kvantitativní fáze formovaných polí.
Spektroskopie laserem buzeného plazmatu (Laser-Induced Breakdown Spectroscopy – LIBS) se prosazuje i v průmyslových aplikacích. Nabízí instrumentální jednoduchost a robustnost, je tak možnou alternativu pro zavedené technologie. Při identifikaci potenciálních aplikací je nutné zvážit analytický výkon metody LIBS a možnosti její implementace do výrobního provozu. Tématem této práce bude identifikace jednotlivých průmyslových aplikací a vývoj a adaptace přístrojové instrumentace spolu s optimalizací měřící metodiky od přípravy vzorků a nutné parametry analýzy po zpracování dat.
Magnonics is emerging as a promising technology for future information processing. The wave character and Joule heating-free propagation of spin waves promises highly efficient computing platforms based on integrated magnonic circuits. However, to realize these circuits we need low damping magnetic materials with tailored properties to achive maximum control over the spin wave propagation. The goal of this PhD project is to explore the possibilities of control of local magnetic properties (magnetic anisotropy, damping, saturation magnetization) in low damping magnetic materials prepared by advanced deposition techniques. We seek for PhD candidate capable of performing depositions under UHV condition, nanopatterning using focused ion beam and electron beam lithographies and analyzing the structural and magnetic properties of prepared (meta)materials.
Školitel: Urbánek Michal, Ing., Ph.D.
Přepínatelné systémy na bázi kovových komplexů schopné měnit magnetické vlastnosti jsou velmi atraktivní pro různé aplikace v moderních elektronických zařízeních, mohou být součástí aktivního inteligentního povrchu nebo i použity jako materiály umožňující zaznamenat data s vysokou plošnou hustotu. Pro tyto aplikace může být využita magnetická aktivita kovových komplexů, která může být modulována modifikací jejich koordinačních, redoxních, elektronických vlastností včetně jejich ligandového pole. Tuto funkci lze získat třemi způsoby, změnou síly ligandového pole, přepínáním koordinačního čísla nebo přepínáním stupně spojení mezi dvěma spinovými kovovými ionty v případě polynukleárních sloučenin. Cílem projektu je syntetizovat dvou- nebo vícestabilní kovové komplexy, které obsahují regulační spínač, aby bylo možné provést řízenou změnu spinu. Naše systémy budou charakterizovány různými fyzikálními technikami: vysokopolní a vysokofrekvenční EPR a NMR spektroskopií, hmotnostní spektrometrií, SQUID a X-Ray krystalografií.
Multiferoika jsou perspektivní materiály pro mikroelektroniku, spintroniku a senzorickou technologii. Multiferoika kombinují pokročilé vlastnosti minimálně dvou typů materiálů jako jsou feromagnetika, feroelektrika a feroelastika. Práce bude věnována analýze mechanismu magnetoelektrického jevu. Dizertační práce by měla zahrnovat stanovení vlivu elektrické polarizace a mechanického namáhání na magnetickou strukturu.
Školitel: Sedlák Petr, doc. Ing., Ph.D.
Lokalizované povrchové plasmony (LSP) buzené v kovových nanočásticích (plasmonické antény) mohou vykazovat různé mody lišící se v energií, rozložení nábojů (dipóly vs multipóly) a radiaci (světlé a temné mody). Jednou z nejefektivnějších metod umožňujících buzení a charakterizaci-mapování těchto modů v jednotlivých anténách je spektroskopie ztrát energie elektronů (EELS) realizovaná pomocí rastrovací transmisní elektronové mikroskopie s vysokým rozlišením (HR STEM). PhD studium se zaměří na aplikaci HR STEM-EELS pro mapování LSP modu v plasmonických anténách. Pozornost bude věnována zejména výzkumu hybridizovaných modů vázaných anténních struktur anebo silné vazbě mezi mody v plasmonických anténách a excitacemi v jejich okolních prostředích. Těmito excitacemi budou polaritony v kvantových tečkách v okolí antén (viditelná oblast) anebo fonony v absorbujících substrátech-membránách antén (IR – mid IR). V prvním případě experimenty budou realizovány pomocí HR STEM-EELS umístěném v infrastruktuře CEITEC Nano (Titan), v druhém případě pomocí mikroskopu Nion UltraSTEM nacházejícím se v některé ze zahraničních laboratoři (např. Národní laboratoř v Oak Ridge)
Biologicky rozložitelné materiály pro opravu kostí poskytují bezpečnější a levnější léčbu zlomenin a defektů kostí. Aby byly kostní implantáty funkční musí kromě biokompatibility mít i odpovídající mechanické vlastnosti. Během doktorského studia bude provedena komplexní mechanická charakterizace biologicky rozložitelných materiálů vhodných pro opravu kostí. Cílem práce je tak studium mechanického chování těchto materiálů za účelem návrhu příští generace dočasných kostních implantátů. Metodika zahrnuje jak standardní, tak i nové statické a dynamické mechanické zkoušky, včetně mechanické ex vivo studie. Poznámka: Vysoce motivovaní a týmově spolupracující kandidáti s vynikajícím vědeckým záznamem a ambicí se učit něčemu novému jsou k podání žádosti velmi vítáni.
Školitel: Montufar Jimenez Edgar Benjamin, M.Sc., 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.
Míra pocení je založena na měření odparu diferenčním měřením vlhkosti a teploty. Toto měření je podmíněno dostatečnou vzdáleností mezi měřenými body. V případě na těle nositelném zařízení, musí být jeho velikost velmi malá, což výrazně omezuje právě tuto podmínku. Výzkum bude zaměřen na hledání podmínek, závislostí a tvaru měřícího systému vyrobeného pomocí MEMS technologií k zajištění, aby přesnost stanovení byla co nejpřesnější. Studium vapor-fluidních systémů a jejich modelování by mělo vyústit v realizaci zařízení MEMS.
Školitel: Hubálek Jaromír, prof. Ing., Ph.D.
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.
Kandidát bude konstruovat mikroroboty založené na fotokatalyzátech pro použití v biomedicínské vědě za použití polymerní a anorganické chemie
Školitel: Pumera Martin, prof. RNDr., Ph.D.
Kandidát bude konstruovat mikroroboty poháněné chemikáliemi pro dodávání léčiv a léčbu rakoviny pomocí přístupu polymeru a anorganické chemie.
Kandidát bude konstruovat mikroroboty poháněné chemikáliemi pro sanaci životního prostředí pomocí polymeru a anorganické chemie.
Geometricko-fázové optické prvky představují nový nástroj pro komplexní tvarování světla a generování speciálních světelných stavů. Na rozdíl od tradičních refraktivních prvků, geometricko-fázové prvky tvarují světlo pomocí transformace jeho polarizačního stavu. Díky technologii tekutých krystalů, nebo principům plazmoniky, umožňují geometricko-fázové prvky provádět náhlé změny fáze na fyzicky tenkých substrátech. Jejich kompaktní rozměry a unikátní polarizační vlastnosti z nich dělají ideální kandidáty na jednoduše integrovatelné prostorové modulátory světla. Tématem disertační práce je nalezení a ověření potenciálu geometricko-fázových prvků v jednocestné digitální holografii a pokročilé optické mikroskopii.
Školitel: Chmelík Radim, prof. RNDr., Ph.D.
For detailed info please contact the supervisor.
Školitel: Kalousek Radek, doc. Ing., Ph.D.
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.
Monitorování chemikálií, jako jsou plyny a páry s pomocí přenosných nástrojů, je nezbytné v různých oblastech. Například v environmentálním sledováni, kde je zapotřebí přesná kontrola skleníkových plynů (např. CO2, CH4 a N2O) a velký počet snímacích systémů, aby se zajistilo velkoplošné pokrytí. Plynové senzory na bázi nanomateriálů jsou atraktivní v porovnání s jinými přenosnými přístroji pro snímání plynů v environmentálním sledovaní (včetně mikrofabrikovaných návrhů „klasických“ analytických přístrojů, jako je plynová chromatografie, hmotnostní spektroskopie nebo spektrometry iontové mobility) díky jejich relativně jednoduché architektuře, která umožňuje vysokou úroveň integrace, , miniaturizace a nízká cena výroby. V současné době jsou hlavní obavy plynových senzorů na bázi nanomateriálů zaměřeny na „typické“ provozní parametry, jako je citlivost, selektivita a stabilita, jakož i na jejich spotřebu energie, která je obecně spojena s potřebou tepelné aktivace při teplotách nad 200 ° C. Použití vodivých polymerů nebo materiálů na bázi uhlíku může částečně vyřešit tyto problémy a to tim ze poskytují citlivost na specifické plynné analyty blízké pokojové teplotě (tj. s menší spotřebou energie). Jejich vratnost a stabilita však nejsou tak dobré jako u tradičních materiálů na bázi polovodivých oxidů kovů, které jsou citlivé na plyn. Z tohoto důvodu je třeba vyvinout další materiály citlivé na plyn, včetně polovodivých oxidů kovů a / nebo modifikovaných (kompozitních / hybridních) struktur kombinací anorganických a organických materiálů k dosažení chemické, elektronické a optické senzibilizace a stability při pokojové teplotě. Tato práce se proto zaměří na vyladění chemických, elektronických a optických vlastností nanomateriálů syntetizovaných chemickými cestami v kapalné nebo parní fázi (např. hydrotermální syntéza a chemická depozice par) za účelem dosažení citlivosti plynů při pokojové teplotě. Konkrétní úkoly se zaměří na: 1. Syntéza nanomateriálů citlivých na plyn na bázi oxidů kovů dotovaných vzácnými zeminami 2. Syntéza hybridních / kompozitních (anorganických a organických) materiálů citlivých na plyn 3. Analýza materiálů a charakteristika snímání sklenikovych plynů. Práce bude zahrnovat aktivní spolupráci s dalšími výzkumnými skupinami, zejména na Institutu mikroelektroniky v Barceloně (Španělsko). V rámci tohoto projektu získá student znalosti o syntéze materiálů, plynových senzorů a chemických / elektrických / optických charakterizačních technikách.
Školitel: Vallejos Vargas Stella, Dr.
Prismatické dislokační smyčky vznikají v kovech v důsledku radiačního poškození nebo působením velké plastické deformace. Tyto smyčky se pak stávají překážkami pro dislokace potřebné k plastické deformaci a materiál se stává křehkým. Prismatické dislokační smyčky budou studovány za pomoci modelování molekulární dynamikou a také experimentálně s použitím elektronové transmisní mikroskopie.
Školitel: Fikar Jan, Mgr., Ph.D.
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.
Materiály s vysokou permitivitou jsou zapotřebí pro nové aplikace, např. v integrovaných obvodech další generace či v kondenzátorech. Ve výrobě kondenzátorů jsou materiály s vysokou permitivitou žádoucí pro dosažení vyšší hustoty energie v kondenzátoru, a tedy ke zmenšování rozměrů. V dnešní době se nejvíce používá čistý materiál BaTiO3 u komerčních keramických kondenzátorů. Dopováním se dá permitivita tohoto materiálu zvýšit až 10krát. Cílem je tedy najít možnosti, jak u BaTiO3 řízeně navýšit permitivitu formou dopování nebo úpravou materiálu. V rámci studia je předpokládána stáž na Universitě v Oulu.
Školitel: Sedláková Vlasta, doc. Ing., Ph.D.
Hlinkové fólie s různými příměsemi a o tloušťce 20 – 100 nm budou vystaveny různým tepelným zpracováním pro optimalizaci velikosti zrn a stabilizaci hranic zrn. Pevnost vzorků bude testována při deformaci za teplot do 400°C a bude studována jejich mikrostruktura za pomocí transmisní elektronové mikroskopie. Dosažené experimentální výsledky budou simulovány pomocí molekulární dynamiky.
Spektroskopie laserem buzeného plazmatu (LIBS) je spektroskopická technika umožňující rychlou analýzu povrchů vzorků. Její analytický výkon je zaměřen převážně na opakovací frekvenci a poskytuje tak jedinečnou platformu pro prvkové mapování rozsáhlých vzorků. V současnosti je ale rozlišení metody LIBS nejčastěji na úrovni stovek mikronů, což je nedostačující pro biologické aplikace. Cílem této práce je navrhnout system LIBS, který bude poskytovat vysoké prostorové rozlišení (max. desítky mikronů) a současně bude mít dostatečnou citlivost v detekci zvolených analýtů.
Kandidát PhD bude modelovat, navrhne a vyrobí pole nanostrukturovaných elektrod ze zlata, stříbra nebo jejich amalgámů k detekci biomarkerů rakoviny. Práce začne studiem literatury za účelem určení nejvhodnější elektrochemické metody pro stanovení biomarkerů. Poté kandidát PhD provede základní studii vybraných elektrochemických detekčních technik pomocí standardních tříelektrodových systémů. Paralelně student také určí podmínky pro elektrochemickou depozici Au, Ag, AuHg a AgHg nanostrukturovaného povrchu. Po této bude charakterizovat povrch, jako je například jeho plocha a složení. Nakonec student navrhne a vyrobí mikrofluidní systém s použitím pole nanostrukturovaných elektrod a zopakuje měření popsané výše s vzorkem emulujícím klinický na detekci metalothioneinu nebo jiného vhodného markeru rakoviny.
Rentgenová počítačová tomografie (X-ray computed tomography, CT) je nedestruktivní zobrazovací metoda vhodná k použití v metrologii. Díky vývoji standardů se stává významným nástrojem pro zjišťování přesných rozměrů. Ve srovnání s konvenčními optickými nebo dotykovými souřadnicovými měřícími přístroji je zásadní výhodou CT schopnost měřit rozměry vnějších i vnitřních struktur bez jejich nutné demontáže nebo destrukce. CT poskytuje komplexní informace o vzorcích různých tvarů, rozměrů a materiálů. Zásadní omezení při měření představují rozměry a hustota měřeného vzorku, neboť rentgenové záření má omezené schopnosti průchodu materiálem. Přesnost CT měření je ale ovlivněna tomografickými artefakty nebo složením vzorku. Cílem této práce bude navrhnout praktická řešení CT analýz pro metrologii a následné srovnání s konvenčně využívanými metodami pro určení přesných rozměrů.
K dispozici je stipendium PhD pro realizaci projektu na Středoevropském Technologickém Institutu (CEITEC) v Brně. Projekt je zaměřen na vývoj nanostrukturovaných materiálů pro povrchy napodobující přilnavé packy gekona. Klíčovou součástí práce je provedení modelování metodou konečných prvků (FEM) požadované struktury a její zhotovení v zařízení CEITEC ve spolupráci s dalšími místy, jako jsou HKUST, Hongkong, ČLR. Dále musí být povrch struktury ošetřen tak, aby bylo dosaženo požadovaných povrchových vlastností monovrstvou a charakterizováno měření přilnavýh sil pomocí AFM. KoV koneřné fázi student vytvoří systém pro demonstraci využití adhezní síly. Tato práce bude primárně prováděna v CEITECu. Kandidát by měl být vysoce motivovaný. Nutný předpoklad je magisterský titul z fyziky, matematiky nebo strojírenství, případně elektrockeho inženýrství nebo biofyziky. Vyžaduje se dobrá komunikace a interpersonální dovednosti a sluřní znalost angličtiny.
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.
Budou připraveny benzimidazoly a jejich komplexy s lanthanoidy. Tyto budou studovány pomocí fyzikálně chemických metod. Dále bude studován jejich protinádorový účinek. Nejúčinnější sloučeniny budou uzavřeny v transportérech na bázi lipozomů nebo v apoferritinu pro zobrazování a ničení nádorových buněk.
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.).
Množství dat, která generují současné nejmodernější systémy spektroskopie laserem buzeného plazmatu, neustále roste. Data mají běžně miliony objektů (spekter) a tisíce proměnných (vlnových délek). Tento nárůst v objemu dat ovlivňuje kapacitu a možnosti ukládání dat, jejich sdílení a zpracování. Zefektivnění těchto procesů je pak možné např. snížením dimenze samotných surových dat. Toho budiž dosaženo filtrováním nepotřebné, nadpočetné informace a šumu z analyticky významné informace. V této práci budou aplikovány pokročilé nelineární matematické algoritmy. Základním parametrem nově vytvářených algoritmů zpracování dat je pak robustnost. Výstupy této práce budou využity ve zpracování dat napříč aplikacemi, z nichž nejstěžejnější je víceprvkové mapování povrchu vzorků.
Tomografická rekonstrukce je klíčovou součástí procedury akvizice dat pomocí výpočetní tomografie (CT). Jedná se o typ vícerozměrného inverzního problému, jehož cílem je získat odhad konkrétního systému z konečného počtu projekčních obrazů získaných během CT měření. K řešení tohoto problému byly vyvinuty různé metody, většina z nich byla založena na inverzním řešení Radonovy transformace. Při použití takového přístupu však musí být splněno několik podmínek pro získání správných rekonstruovaných informací. Jedná se hlavně o postup CT měření z hlediska získaného počtu projekčních obrazů, použité geometrie měření nebo rozměrů vzorku. Cílem této práce je studovat limity tomografické rekonstrukce a vyvinout praktická řešení pro jejich redukci.
Rentgenová počítačová tomografie se začíná řadit mezi zobrazovací metody běžně používané v oblastech výzkumu vývojové biologie a ostatních biologických oborů. MikroCT sken nativního vzorku zobrazí pouze mineralizovanou kostní tkáň. V případě, že je potřeba zobrazit i okolní měkké tkáně se musí vzorek nabarvit v roztocích prvků s vysokým protonovým číslem. Spojení skenů nativního a nabarveného vzorku umožní přeskočení časově velmi náročného procesu manuální segmentace mineralizovaných kostí v nabarveném datasetu, tento přístup nabídne novou, rychlejší metodu analýzy komplexních biologických vzorků. Součástí této práce bude optimalizace metod barvení měkkých tkání a ko-registrace nativního a barveného datasetu.
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.
Cílem doktorského studia je připravit uspořádané soubory molekulárních magnetů/qubitů na povrchu grafenu a popsat způsob externího ovlivnění magnetické interakce mezi nimi. Jedná se experimentální práci v UHV, která je podpořena probíhajícím projektem GAČR. (Plná anotace je k dispozici v anglické verzi)
Sensor systems are evolving technologies with potential to contribute towards raising living standards and quality of life. In particular, gas sensors are important in numerous traditional applications in the industry, home safety and environment, but the modern scenarios for these devices also forecast their relevance in the Internet of Things and, specifically, less traditional areas as medical diagnosis. Against a host of competing enabling technologies for gas sensing, nanomaterial-based gas sensors are well positioned due to their potential to be miniaturized and integrated in portable electronic devices at relatively low costs. However, due to their intrinsic low selectivity, the use of multivariable sensor criteria (various integrated sensors) is projected for the future, and with this, the need of better use of electrical power to achieve autonomous systems. The aim of the thesis will be directed to energy saving in gas sensors, deepening further into the use of concepts based of self-heating of (1D) nanostructures and the investigation of optical gas sensing (a promising technology to save energy and take further the sensing at molecular level). The methodologies proposed involve micro/nano fabrication cleanroom processes and electronic/chemical/optical characterization techniques to identify the changes produced in the different developed elements during gas sensing. The specific tasks will be focus on: 1. Developing transducing platforms for self-heating and optical sensing using micro/nano fabrication cleanroom processes. 2. Testing the functional properties of the sensors upon gaseous biomarkers found in exhaled breath. The thesis proposal has a strong base on previous concepts implemented by the supervisor and her team, and it will include active collaboration with other research groups particularly at the Institute of Microelectronics of Barcelona and the Unviersity of Barcelona (Spain). With this project, the student will acquire knowledge on micro/nano fabrication, gas sensors, nanostructured materials, and electrical/optical characterization techniques. Keywords gas sensors, micro/nano fabrication, 1D nanostructures, self-heating based sensors, optical sensing, low power consumption
Technika spektroskopie laserem buzeného plazmatu (LIBS) využívá intenzivní záření laserového svazku pro ablaci materiálu a vytvoření svítícího mikroplazmatu. Složení plazmatu odpovídá složení analyzovaného materiálu, kdy detekční limity metody se pro jednotlivé prvky pohybují od desítek ppm. Existuje několik alternativních přístupů, jak tyto detekční limity zlepšit a zvýšit tak citlivost samotné analýzy. Cílem této disertační práce je pak navržení metodiky a srovnání jednotlivých přístupů, které se v metodě LIBS používají k zesílení signálu analytu.
Kontrola nad tenkými molekulární filmy vytvořených z jednomolekulárních magnetů či kvantových bitů je stěžejní ve vývoji nových elektronických a magnetických zařízení. Jejich chování na površích je stále málo probádaná oblast. Tento PhD projekt bude stavět na již existující komoře vysokého vakua pro termální sublimaci tenkých filmů koordinačních komplexů přechodných kovů a lanthanoidů. Student bude pracovat na celé cestě z objemového matriálů ve formě nasyntetizovaného prášku až po nanostrukturovaný tenký film. Hlavním cílem je být schopen predikovat a vyhodnotit magnetické vlastnosti takto připravených tenkých filmů pomocí nově zkonstruovaného spektrometru vysokofrekvenční elektronové spinové rezonance (HF-ESR). Další povrchově citlivé spektroskopické a mikroskopické metody jako např. rentgenová fotoelektronová spektroskopie (XPS), mikroskopie atomárních silm (AFM) či elektronová rastrovací mikroskopie (SEM) budou využity pro studium takto připravených tenkých vrstev. Student bude komunikovat a provádět úkoly v rámci mezinárodní spolupráce s výzkumnými skupinami v USA a Itálii.
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 pro 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 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.
Ferit bizmutu je charakterizován přítomností magnetoelektrického jevu. Interakce mezi magnetizací a elektrickou polarizací je definována krystalovou mřížkou. Cílem práce bude, dle zvolených parametrů přípravy vzorků získány homogenní antiferomagnetické struktury. Výsledky této práce mohou být použity pro design memristorů, senzorové technologie atd.
Bandstructure engineering of semiconductor heterostructures enables optoelectronic devices with designed characteristics. The material parameters of conventional III-V semiconductors limit the wavelength range of such devices to infrared wavelengths. The scope of this thesis is to characterize and optimize oxide-heterostructures to apply established concepts like electro-optic modulation, non-linear wave-mixing or intersubband detection to shorter wavelengths in the visible or near-UV. Previous experience with measurement setups at CEITEC (SEM, TEM, AFM, XPS, 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 novel materials for sensing 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.
Laserová ablace materiálu je základním stavebním kamenem chemické analýzy, kterou využívá několik technik analytické chemie. Spektroskopická studie charakteristického záření plazmatu poskytuje kvalitativní a kvantitativní informaci o složení materiálu. Standardní analýza vychází pouze ze zpracování detekovaného optického signálu. Samotný proces ablace je pak pouze na okraji zájmu a nedostává se mu náležité pozornosti. Avšak, pouze úplné pochopení komplexnosti, kterou interakce laserového záření s materiálem skrývá, může vést k dalšímu zlepšení zpracování dat. Tato práce bude zaměřena na studium vývoje laserem buzeného plazmatu v čase a prostoru, jeho optickém zobrazování a určování jeho termodynamických vlastností. Výstupy této práce budou dále použity v další optimalizaci ablace materiálů (vč. Biologických tkání), optomechanicky (sběrná optika) a algoritmů pro standardizaci signálu.
Nanodráty jsou 1D struktury, kde se uplatňuje kvantový jev příčně strukturou, což může výrazně ovlivnit elektrické vlastnosti v porovnání s makrostrukturami. Interakce nanodrátu s okolím, ať už s molekulami plynu, či navázanými částicemi dochází k ovlivňování hustoty elektronů od povrchu do objemu struktury. Teplotní závislost vodivosti vlivem tepelné excitace a případné emise se také může velmi lišit od předpokladů. Experimentální studium polovodivých materiálů jako jsou některé oxidy či nitridy kovů bude nutné srovnat s dostupnými modely a vyvodit závěry o jevech, které hrají roli in elektrickém chování nanodrátů.
K dispozici je stipendium PhD pro realizaci projektu na Středoevropském technologickém institutu (CEITEC) v Brně. Cílem této práce je provést teoretické studium, návrh, výrobu a charakterizaci tranzistorů řízených polem (FET) založených na pokročilých planárních technologiích s využitím moderních 2D materiálů, jako je silicene, germanene atd., PhD kandidát identifikuje poměr šum/signál systému a jeho detekšní limitdetekce (LOD) sledovaných biosubjektů pomocí 2D FET. Rovněž navrhne a vyrobí jednoduchý mikrofluidický systém, který bude zkoušet vzorek na vhodném místě na čipu. Tato práce bude primárně prováděna na pracovišti CEITEC. Doktorand bude kromě toho spolupracovat buď s Regionálním centrem alikované molekulární onkologie (RECAMO) v Brně nebo se skupinou na Mendelově univerzitě. Kandidát by měl být vysoce motivovaný. Je nutný magisterský titul z fyziky, matematiky, biologie, analytické nebo fyzikální chemie, případně chemie. Znalost MATLABu a základní dovednosti přístrojové techniky jsou plus. Vyžaduje se dobrá komunikace, interpersonální dovednosti a znalost angličtiny.
Stáž PhD je k dispozici na Středoevropském technologickém institutu (CEITEC) v Brně. Cílem této práce je studovat adhezní sílu mezi nanostrukturovaným povrchem a živými buňkami pomocí mikrofluidních systémů. Student vytvoří systém nanostrukturovaných sloupů s požadovanými povrchovými vlastnostmi. Očekává se, že buňky budou připojeny k horní části sloupků a v důsledku adhezních sil buněk deformují tvary sloupků. Student zachytí změnu tvaru struktur v reálném čase pomocí mikroskopu. Video bude zpracováno skriptem v prostředí MATLAB, aby se vytvořilo video adhezní síly mezi buňkou a sloupky v reálném čase. Tato práce bude primárně prováděna v CEITECu. Kandidát by měl být vysoce motivovaný. Je nutný magisterský titul z fyziky, matematiky, molekulární nebo buněčné biologie, analytické, fyzikální chemie nebo biologie či bioinženárství. Znalost MATLABu a základní dovednosti přístrojové techniky je plus. Vyžaduje se dobrá komunikace, interpersonální dovednosti a znalost angličtiny.
Magnonics is emerging as a promising technology for future information processing. The wave character and Joule heating-free propagation of spin waves promises highly efficient computing platforms based on integrated magnonic circuits. To advance the magnonics towards real application, the shift to exchange spin waves with short wavelengths. Micro-focus BLS technique is an established method for the investigation of spin waves in micro and nanostructured magnetic elements and is especially usefull in magnonics, however its sensitivity decreases with shortening the spin-wave wavelength. The goal of this PhD project is to push the limits of the BLS technique and explore the possibilities of near field optical elements to extend the BLS sensitivity towards shorter wavelengths.
K dispozici je stipendium PhD pro práci na projektu na Středoevropském technologickém institutu (CEITEC) v Brně. Projekt je zaměřuje na stadium termodynamiky fotosyntézy. Klíčovou částí práce je navrhnout, vyrobit a otestovat mikrofluidní kalorimetr na měření fotosyntézy probáhající v sinicích. PhD student také navrhne systém na měření změny teploty v kalorimetru s přesností 1 mK nebo menší. Tím bude možné detekovat změny výkonu v mikrokaloriemtru a tím monitorovat fotosyntézu s přesností 1 pW, nebo menší. Tato práce bude primárně prováděna na pracovišti CEITEC a částečně také ve spolupráci s ústavem Akademie Věd ČR v Třeboni, a dale s HKUST v Hong Kongu, ČLR. Kandidát by měl být vysoce motivovaný. Je nutný magisterský titul z fyziky, matematiky, strojírenství nebo molekulární biologie či jiného oboru z oblasti bioinženýrství nebo biologie. Vyžaduje se dobrá komunikace a interpersonální dovednosti a znalost angličtiny.
Elektronová interakce nanostruktur s okolím je známá a je popsána několika jevy. Důležitým jevem je výrazné ovlivnění vlastností právě u nanostruktur, kde dochází již ke kvantování hustoty energií. U polovodičů je navíc možná excitace pomocí fotonů vlivem vnitřního fotoelektrického jevu. Působení obou jevů lze pozorovat na změně elektrické vodivosti materiálu. Bude-li nanostruktura pokryta fluorescenčním materiálem dochází k oběma interakcím, pokud dochází k excitaci v UV oblasti. Fluorescence posouvá spektrum excitace do viditelné oblasti, přičemž dochází ke změnám na elektronových hladinách, což zase ovlivní přímo interakci s nanomateriálem na kterém je fluorescenční materiál zachycen. Práce bude zaměřena na studium těchto interakcí, jejich modelování a praktické měření vlivu na vodivost doplněná o testy využití v senzorice.
The aim of this topic will be the synthesis and characterization of composites containing a carbon-based material in combination with various metal nanoparticles, chelating agents, molecules, chemicals rich in biogenic elements, or polymers. Some carbon-based nanomaterials have unique ability to adhere to different surfaces and operate as carriers. The composites have attracted increasing attention because of their unique properties emerging from the combination of organic and inorganic hybrid materials. By combining the attractive functionalities of both components, and the nanostructure of the particles, nanocomposites are expected to show new and improved properties. Prepared composites will be applied as wood or plant protectants.
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.
Chemicky a fotoindukované molekulární spínače jsou velmi atraktivní architekturou pro senzorové aplikace nebo pro realizaci nových elektronických zařízení či aktivních inteligentních povrchů při pokojové teplotě. Cílem tohoto projektu je syntéza řady molekulárních přepínačů obsahujících stabilní radikálové substituenty a/nebo bistabilní kovové komplexy. Dalším důležitým cílem je pochopení a řízení procesu přepínání. Naše systémy budou charakterizovány různými fyzikálními technikami: vysokofrekvenční EPR a NMR spektroskopie, hmotnostní spektrometrie, SQUID a rentgenová krystalografie.
K dispozici je stipendium PhD pro práci na projektu ve Středoevropském technologickém institutu (CEITEC) v Brně. Projekt je zaměřuje na vývoj digitálního systému polymerázové řetězové reakce (dPCR). Klíčovou součástí práce je provedení teoretické analýzy systému, odvození algoritmu a návrh čipu dPCR. Kromě teoretické části uchazeč PhD také sestaví optický systém s CMOS (CCD) kamerou s fluorescenčním filtrem a vytvoří algoritmus pro zpracování obrazu v prostředí MATLAB. Kandidát PhD buď vyrobí nové nebo použije v současnosti dostupné dPCR čipy, spustí protokol dPCR a bude detekovat počet jamek v čipu obsahujícím DNA. Student také provede multiplexování PCR na detekci více než jednoho genu na stejném čipu s cílem identifikovat DNA související s Downovým syndromem nebo jinou genetickou vadou. Tato práce bude primárně prováděna v CEITECu a částečně také ve spolupráci s Karlovou Univerzitou v Praze. Kandidát by měl být vysoce motivovaný. Je nutný magisterský titul z fyziky, matematiky, strojírenství nebo molekulární biologie či jiného oboru z oblasti bioinženýrství. Nezbytná je znalost prostředí MATLABu. Vyžaduje se dobrá komunikace a interpersonální dovednosti a znalost angličtiny.
Projekt se týká vývoje pokročilých keramických tepelných a environmentálních bariérových povlaků (TEBC) pro aplikace v budoucích vysoce výkonných turbínových motorech, které chrání součásti motoru v horké sekci v drsných podmínkách spalování a prodlužují životnost součástí. Ve srovnání s existujícími protějšky bude provedeny vývoj nových systémů bariérových povlaků, aby se dosáhlo jejich zlepšené teplotní stabilitě, environmentální stabilitě a dlouhodobé únavově životnosti systému. Metodika zahrnuje přípravu bariérových povlaků různými technologiemi tepelných nástřiku a jejich testování pomocí vysokotlaké hořákové soupravy a pecní cyklické oxidační soupravy s následnou obsáhlou mikrostrukturální analýzou pro vyhodnocení tepelné stability povlaku, cyklické trvanlivosti, a odolnosti proti erozi v simulovaném motorovém prostředí. K přihlášeni jsou vítáni vysoce motivovaní a spolupracující uchazeči s ambicí učit se novým věcem.
Dynamická nukleární polarizace (DNP) je jev, který významně zesiluje citlivost NMR (stokrát a vice). Existuje několik mechanismů DNP, přičemž všechny vychází z přenosu polarizace spinu elektronu (pocházející ze speciálního polarizačního činidla) na jádro. Tento process je do značné míry závislý na relaxaci spinu elektronu polarizačního činidla. Kvůli technologickým limitům se nicméně dynamika spinu polarizačních činidel studuje jen zřídka při frekvencích nad 100 GHz, repsketive 263, 329 a 394 GHz, což odpovídá frekvencím jádra v NMR při 400, 500 a 600 MHz. Vlastnosti relaxace spinů jsou obvykle studovány pulsními metodami. Stávající úroveň mikrovlnných zdrojů při THz frekvencích bohužel neumožňuje, především z hlediska výstupního výkonu, implementaci pulsních technik v širokém pásmu frekvencí. Z tohoto důvodu je spektroskopie rapidně skenovací elektronové spinové rezonance (RS-EPR) jediná možná technika pro studium dynamiky spinů při THz frekvencích. V tomto projetu bude PhD student (i) vyvíjet a implementovat techniku vysokofrekvenčních měření ve spektrometru vysokofrekvenční EPR ve vysokém magnetickém poli a (ii) studovat procesy relaxace spinů různých polarizačních činidel DNP v širokém pásmu frekvencí a teplotním rozpětí.
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.
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.
Superslitiny jsou materiály se specifickou kompozitní mikrostrukturou, tvořenou dvěma koherentními fázemi, z nichž jedna má zpevňující charakter. Takto vytvořená struktura má řadu benefitů, a to zejména vyšší pevnost, stabilitu při zvýšených teplotách a v neposlední řadě pozoruhodné magnetické vlastnosti. Ačkoli jsou tyto materiály horkým tématem posledních let a je jim věnována značná pozornost, zůstává řada fyzikálních problémů, vysvětlujících chování těchto materiálů, dosud nevyřešena. Jedná se zejména o vliv vnitřních rozhraní a atomového uspořádání na mechanické a magnetické vlastnosti, jehož studium je tématem navrhovaného PhD studia. Současně bude navrhovaný experimentální studijní program komplementárně a synergeticky provázán s dlouhodobě probíhajícím teoretickým výzkumem na Ústavu fyziky materiálů AV ČR, který je zaměřen na výpočty atomární struktury pokročilých materiálů a jejich vnitřních defektů. Doktorand se tak během studijního programu seznámí (a osvojí si) experimentální metody studia struktury (zejména transmisní elektronovou mikroskopií ve vysokém rozlišení a elektronovu holografii) a poskytne experimentální data pro navazující výzkum těchto materiálů.
The metal ions Cu, Zn and Fe ions are proposed to be implicated in two key steps of peptide pathology: 1) aggregation of the peptide and 2) production of reactive oxygen species (ROS) induced by peptide in plant. In this context, the understanding of how these metal ions interact with peptides, their influence on structure and oligomerization become an important issue for peptide application. The requirement for pharmaceutical systems with reduced side-effects calls for the development of more advanced biomaterials with multifunctionality, increased biocompatibility and minimum toxicity. Peptides are usually inherently less toxic than conventional material used in plant treatment. Peptides generally affect only the target pest and closely related organisms, in contrast to broad spectrum, conventional pesticides that may affect organisms as different as birds, insects and mammals. On the other hand, biopeptides often are effective in very small quantities and decompose quickly, resulting in lower exposures and largely avoiding the pollution problems of soil and water caused by conventional pesticides. The peptides are expected to be that biocompatible material because of the nature of their components. However, metal ions inherit the multifunctional properties of peptides which have a pH tunable surface charge (charge patch) and a distribution of hydrophobic units (hydrophobicity patch) directly change the toxicity nature of peptide. Moreover, the mechanism of ROS production by metal-peptide complexes is in relation to its aggregations state, as well as the metal-transfer reaction from and to peptides are crucial in order to understand if peptides oligomers are highly toxic to the soil and plants and why peptides seems to bind Fe, Cu and Zn.
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.
Školitel: Dub Petr, prof. RNDr., CSc.
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.
Dizertační práce se bude zabývat vývojem pokročilých optických vrstev pro výkonové lasery. Tento vývoj bude probíhat ve spolupráci s firmou Meopta. Práce se bude zabývat řízenou destrukcí vrstev výkonovým laserem a následnou analýzou metodami dostupnými v CEITEC nano (především SIMS a TEM). Tento vývoj je financován Technologickou agenturou ČR až do konce roku 2023. Cílem vývoje je změřit laserovou odolnost stávajících optických vrstev vyráběných firmou Meopta (Laser induced damage threshold -LIDT) a současně vylepšit odolnost těchto vrstev. Práce se rovněž může zabývat simulacemi účinku laseru pomocí programu LUMERICAL.
Zavedení pulsních technik pro nukleární magnetické rezonaci (NMR) vedlo ke značnému zvýšení citlivosti, což rozšířilo aplikační možnosti této metody. Jeden z příkladů je zobrazování pomocí magnetické rezonance (MRI) v lékařství, dnes již nenahraditelná neinvazivní technika pro diagnózu různých nemocí a jejich stádií. Dalším zvýšením citlivosti je možné zlepšit rozlišení a pořizovací čas MRI obrazů, učinit tuto metodu levnější a tedy i přístupnější. Cesta vedoucí k tomuto dalšímu krokovému zvýšení citlivosti vede přes tzv. dynamickou nukleární polarizaci (DNP). Tato metoda využívá řádově větší polarizace spinů elektronů, jež je přenesena na spin jádra pomocí hyperpolarizačních procesů. Využití tohoto přístupu již vedlo ke zvýšení citlivosti v řádu stonásobků původních hodnot. Hlavním cílem tohoto projektu je tedy dále zvýšit účinnosti NMR za využití DNP a sestává ze dvou částí. Prvním úkolem bude spárovat stávající 500 MHz NMR řídicí jednotku s naším 16 T supravodivým magnetem pro měření pevných látek. PhD student pro splnění tohoto cíle navrhne a otestuje držák vzorků. Druhá část bude zaměřena na experimenty DNP a zvýšení účinnosti hyperpolarizačních procesů.
Výzkum a vývoj v oblastech přípravy a charakterizace magneto-iontových a heterostrukturních multiferoických materiálů založených na bázi vícevrstvých systémů kov/oxid: (a) Ni/HfO2 pro magneto-iontové systémy a (b) Ni/BaTiO3 pro systémy umělých heterostrukturních multiferoik. Vlastní práce se bude zabývat optimalizací podmínek depozice bezporézních tenkých vrstev na bázi Ni/HfO2 a Ni/BaTiO3 metodou magnetronového naprašování; identifikací vlivu geometrie a tloušťky tenkých vrstev na magneto-elektrické vlastnosti; strukturní a fázovou analýzou vyvíjených systémů s cílem dosažení stabilních napěťově-kontrolovatelných efektů v budoucích magnetických zařízeních.
Školitel: Čelko Ladislav, doc. Ing., Ph.D.
Magnetismus v látkách je způsoben existencí nespárovaných spinů elektronů a interakcí mezi nimi v různých materiálech od oxidů kovů po molekulární systémy. Kolektivní chování spinů, také známé jako kvantové provázání spinů je v současnosti velmi zkoumané téma díky jejich aplikacím v komunikačních a výpočetních technologiích. Elektronová spinová rezonance (ESR) je klíčová metoda, která umožňuje zkoumání spinových stavů a interakcí mezi spiny. ESR bylo aplikováno na monomerní a dimerní spinové systémy pro identifikaci kvantových přechodů mezi provázanými fázemi pomocí změny parametrů jako je teplota nebo orientace externího magnetického pole. Cíl tohoto projektu je identifikace vhodných materiálů jakožto spinových dimerů molekulární povahy a aplikace ESR spektroskopie na studium přechodů kvantových fází za vysokých frekvencí (až do 1 THz) a vysokých magnetických polí (až do 16 T).
Metoda rozptylu nízkoenergiových iontů (LEIS) je hojně používána při studiu složení povrchů pevných látek. Unikátní povrchová citlivost metody slouží pro prvkovou analýzu nejsvrchnější atomové vrstvy zkoumaného materiálu. Topologické izolátory jsou materiály, kde tenká povrchová vrstva vykazuje dobrou vodivost ve dvou směrech paralelních s povrchem, zatímco objem matriálu zůstává nevodivý. Tyto materiálu mají značný potenciál ve spintronice a součástkách pro kvantové výpočetní systémy. Povrchová terminace tedy hraje kritickou roli v definici vlastností topologických izolátorů a může být efektivně studována pomocí metody LEIS v kombinaci s dalšími analytickými a zobrazovacími metodami, jako jsou XPS, SIMS, SEM, AFM and STM. Unikátní LEIS spektrometr (Qtac100, ION-TOF GmbH) je k dispozici v laboratoři pokročilých mikro a nanotechnologií na CEITEC VUT. Je napojen přímo na komplexní aparaturu pro depozici tenkých vrstev a modifikaci povrchů.
Cílem doktorského studia je popsat mechanismus vzdáleného dopování grafenu elektronovým svazkem, roli defektů v dielektrické vrstvě a vyvinout model popisující kinetiku procesu. (Plná anotace je k dispozici v anglické verzi)
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.
Práce se bude soustředit na přípravu a charakterizaci 2D materiálů se pro elektrolýzu znečištěných vod za účelem jejich purifikace.
Práce se bude soustředit na přípravu a charakterizaci 2D materiálů se pro elektrokatalýzu a rozklad vody na vodík a kyslík. Vodík bude připravován jako zdroj čisté energie pro městkou elektromobilitu.
Suprakondenzátory patří k nejperspektivnějším technologiím ukládání energie, neboť nabízejí výjimečné vlastnosti, jako např. ultravysokou hustotu ukládané energie a velmi dlouhou životnost. PhD studium se bude věnovat výzkumu hybridních struktur 2D materiálů založených na tzv. „MXenes“ a černém fosforu (BP) a vhodných pro vysoce výkonné elektrody superkondenzátorů. Zaměří se na (i) komplexní charakterizaci těchto 2D hybridních struktur až do atomární úrovně, což poskytne fundamentální informaci o interakci mezi složkami těchto struktur, a dále na (ii) in situ studium chemické stability a růstových mechanismů těchto materiálů. Ve studium budou použity nejmodernější charakterizační metody nacházející se ve výzkumné infrastruktuře CEITEC Nano, jako např. nízkoenergiová elektronová mikroskopie (LEEM), UHV STM/AFM, rtg. fotoelektronová spektrockopie (XPS), spektroskopie rozptylu nízkoenergiových iontů (LEIS), rastrovací Augerova mikroskopie(SAM), FT-IR spektroskopie a (rastrovací) transmisní elektronová mikroskopie s vysokým rozlišením (HR (S)TEM). Bude rozvíjena spolupráce s Technickou univerzitou v Drážďanech, která bude zabepečovat syntézu vzorků.
Dizertační práce se bude zabývat vývojem 3D epitaxního tisku využívajícího kapek eutektických kapalin, jimiž je pohybováno pomocí elektronového svazku (elektronové pinzety) v mikroskopu UHV-SEM, vyvinutém ve spolupráci s firmou TESCAN. Během pohybu je kapka obsahující zlato sycena atomy germania (křemíku), to má za následek epitaxní depozici polovodiče v místech výskytu kapky. Pohyb kapky a tedy i místa „tisku“ polovodiče je tak možno programově řídit. Součásti práce bude optimalizace tohoto procesu včetně jeho sledování v reálném čase pomocí UHV-SEM mikroskopu.
Práce se bude soustředit na vývoj sensorů které jsou možné vytisknout moderní technologií 3D tisku a aplikovat pro detekci polutantů v životním prostředí.
Práce se bude soustředit na vývoj superkapacitorů pro elektrochické uchovávání energie které jsou možné vytisknout moderní technologií 3D tisku.