Přístupnostní navigace
E-přihláška
Vyhledávání Vyhledat Zavřít
Detail oboru
FSIZkratka: D-FMIAk. rok: 2011/2012Zaměření: Fyzikální inženýrství
Program: Fyzikální a materiálové inženýrství
Délka studia: 4 roky
Akreditace od: Akreditace do: 1.3.2016
Profil
Cílem studia je poskytnout studentům vzdělání a umožnit jim vědecký výzkum v oblastech inženýrská optika, fyzika povrchů, mikromechanika materiálů, strojírenské materiály, fyzikální metalurgie a aplikovaný výzkum keramiky.
Garant
prof. RNDr. Miroslav Liška, DrSc.
Vypsaná témata doktorského studijního programu
Technika 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 plazmy odpovídá složení analyzovaného materiálu. Detekční limity metody se pohybují od desítek ppm. Snížení detekčních limitů může být dosaženo, pokud jsou atomy daného prvku v již vytvořené plasmě excitovány druhým laserem (metoda LIBS+LIFS). Jako příklad z oblastí aplikací LIBS bychom mohli uvést kontrolu kvality materiálů a svarů v případě kovových konstrukcí nebo oblast monitorování životního prostředí. LIBS aparaturu lze vybudovat jako mobilní a přizpůsobit daným aplikacím. Cílem disertační práce je automatizace měření v LIBS a LIBS+LIFS aparatuře vytvořením softwaru pro počítačové řízení. Předpokládá se využití stávajících řídících programů jednotlivých přístrojů a vytvoření vlastního počítačového kódu pro automatické 2D a kvazi 3D mapování chemického složení vybraných vzorků. Funkce automatizovaných LIBS a LIBS+LIFS aparatur bude prověřeno na vybraných vzorcích.
Školitel: Kaiser Jozef, prof. Ing., Ph.D.
Naprašování tenkých vrstev za přítomnosti iontových svazků (IBAD) II: - depozice a měření parametrů izolačních ("high-K"), pasivačních, optických a bioaktivních vrstev/multivrstev rozprašováním keramik a syntetických minerálů (např. ZrO2, HfO2, Al2O3, hydroxylapatit, křemen).
Školitel: Šikola Tomáš, prof. RNDr., CSc.
Cílem disertační práce je a) pomocí zařízení vyvinutého na ÚFI FSI VUT v Brně získat experimentální data popisující rozptyl světla na technicky významných površích (např. na površích podsystémů solárních článků, na površích reflektorů automobilových světlometů, ...) a studovat souvislost těchto dat s technologií přípravy zmíněných povrchů. b) Výsledky interpretovat v rámci známých teorií rozptylu světla na površích.
Školitel: Ohlídal Miloslav, prof. RNDr., CSc.
Cílem práce bude výzkum nestandardních zobrazovacích modů, které poskytuje koherencí řízená holografická mikroskopie, a jejich využití zejména pro pozorování v opticky rozptylujících prostředích.
Školitel: Chmelík Radim, prof. RNDr., Ph.D.
Kvantitativní popis interakce elektronů s látkou je nezbytný pro interpretaci kontrastních mechanismů v rastrovacím elektronovém mikroskopu. Interakce elektronů s látkou je dobře popsána v literatuře jak teoreticky tak prakticky pro energie primárních elektronů do 500 eV. Pod touto hranicí se údaje značně rozcházejí, nebo neexistují vůbec. Cílem práce bude shromáždit dostupná data včetně simulačních softwarů, analyzovat rozdíly a pokusit se je rozšířit do co nejnižších energií. Alespoň některé teoretické výsledky srovnat s vlastními měřenými daty, pro které bude třeba navrhnout vhodné experimenty.
Školitel: Müllerová Ilona, Ing., DrSc.
Vznik kontrastů v rastrovacím elektronovém mikroskopu je dobře popsán pro energie primárních elektronů do 500 eV. Pro nižší energie jsou data téměř nedostupná, i když na nižších energiích je možné získat mnoho nových informací o struktuře materiálu. Cílem práce je studium kontrastních mechanismů na velmi nízkých energií. Jednou z možností je studium geometrického fázového kontrastu, který vzniká interferencí na atomových schodcích. Hladké čisté povrchy krystalů jsou tvořeny terasami, které jsou hladké na atomární úrovni, avšak jsou odděleny schodky o výšce jednoho či více atomů. Když primární svazek osvětluje rozhraní teras a vlnová délka je ve vhodném vztahu vůči výšce schodku, potom dvě části vlnoplochy, které jsou odraženy na sousedních terasách, mohou interferovat. Atomový schodek může být viditelný, přestože bodové rozlišení mikroskopu není na atomární úrovni. Dalším možným typem kontrastu je interference na tenkých vrstvách, zobrazení potenciální bariéry, či měření lokální hustoty stavů odrazem elektronů.
Při zobrazování povrchu pevné látky pomocí zaostřeného svazku částic v rastrovacím elektronovém mikroskopu je obrazový signál vytvářen především detekcí zpětně odražených a sekundárních elektronů. Zatímco sekundární elektrony nesou informaci zejména o reliéfu povrchu a případném pokrytí tenkými vrstvami, zpětně odražené elektrony přenášejí tzv. materiálový kontrast. Rozptyl rychlých elektronů v krystalu se děje převážně na jádrech atomů terče a jeho míra je tedy úměrná atomovému číslu materiálu. Při snižování energie dopadajících elektronů se při jejich rozptylu stále více uplatňují elektrony materiálu, zpočátku vázané elektrony stínící potenciál jádra a dále pak i kvazivolné elektrony. Při zpomalování dopadajících částic tedy roste anizotropie jejich rozptylu a je možné stále lépe zobrazovat krystalickou strukturu a její orientaci vůči přístroji. Poněvadž vnitřní napětí v krystalu vyvolává lokální deformaci jeho struktury, projevuje se jeho přítomnost i na lokální změně úhlového rozdělení odražených elektronů, a to zejména při dopadu pomalých částic. Zavedení tzv. katodové čočky do rastrovacího elektronového mikroskopu umožňuje rozšířit rozsah energií elektronů až do jednotek eV při zachování rozlišení obrazu. Přístroj pak umožňuje detailně studovat vývoj obrazového kontrastu v celé škále energií a sledovat účinnost jednotlivých kontrastních mechanismů. Znásobí se tím informační obsah tohoto typu zobrazování povrchů. Cílem práce je prostudovat hlavní kontrastní mechanismy při zobrazování na nízkých energiích s důrazem na zviditelnění lokálního napětí, vytipovat a opatřit vhodné vzorky deformovaných kovových polykrystalických struktur, provést série experimentů, navrhnout a provést interpretaci výsledků s ohledem na detekci lokálního napětí a jeho kvantifikaci a vypracovat model kontrastního mechanismu umožňující získat kvantitativní údaje o lokálním vnitřním napětí na základě průběhu obrazového kontrastu v okolí měřeného bodu.
Aplikace plazmonových polaritonů v nanofotonice: - buzení a detekce plazmonových polaritonů na kovových tenkých vrstvách a nanostrukturách, - výzkum šíření plazmonových polaritonů na površích těchto objektů a jejich aplikace (např. v nanosenzorech).
Školitel: Dub Petr, prof. RNDr., CSc.
Aplikace plazmonových polaritonů v nanofotonice: - příprava plazmonických nanostruktur (např. nanoantén) a výzkum jejich vlivu na lokální zesílení elmg. pole - aplikace plazmonických nanostruktur pro lokální vybuzení fotoluminesce nebo zvýšení účinnosti fotočlánků.
Cílem disertační práce je - provést numerické výpočty úhlového rozdělení intenzity světla rozptýleného drsným povrchem zadaného typu (povrch s gaussovkým rozdělením výšek, alkalicky leptaný povrch solárního článku apod.) v rámci Kirchhoffovy teorie rozptylu elektromagnetických vln na drsných površích. - porovnat získané výsledky s výsledky experimentálních měření, které byly dosaženy v Laboratoři koherentní optiky Ústavu fyzikálního inženýrství FSI VUT v Brně.
Téma navazuje na nedávný výzkum rigorózních numerických metod pro simulaci fotonických prvků [1-3] a je změřeno na teoretickou analýzu a numerické modelování optických vlastností moderních fotonických struktur. Budou zkoumány nové typy struktur, které jsou založeny na využití optických vlnovodů a/nebo vázaných mikrorezonátorů. Struktury budou studovány z hlediska potenciálních aplikací pro zpracování signálů (např. nelineární funkční prvky, struktury s "pomalým světlem"), případně i v senzorech. [1] J. Čtyroký, S. Helfert, R. Pregla, P. Bienstman, R. Baets, R. de Ridder, R. Stoffer, G. Klaasse, J. Petráček , P. Lalanne, J.-P. Hugonin, and R. M. De La Rue: "Bragg waveguide grating as a 1D photonic bandgap structure: COST 268 modelling task," Opt. Quantum Electron. 34 455 (2002). [2] J. Petráček, "Frequency-domain simulation of electromagnetic wave propagation in one-dimensional nonlinear structures," Optics Communications, 265 (2006) 331-335. [3] F. Morichetti, A. Melloni, J. Čáp, J. Petráček, P. Bienstman, G. Priem, B. Maes, M. Lauritano, G. Bellanca: "Self-phase modulation in slow-wave structures: A comparative numerical analysis," Optical and Quantum Electronics, 38 (2006) 761-780.
Školitel: Petráček Jiří, prof. RNDr., Dr.
K získání detailní trojrozměrné informaci o vnitřní struktuře objektu pomocí rentgenového záření se využívá rentgenová (počítačová) tomografie - CT. 3D informaci získáváme průchodem svazků záření objektem pod různými úhly a matematickým zpracováním získaných rovinných obrazců, tzv. tomografickou rekonstrukcí. Experimentálně se počítačová tomografie zrealizuje rotací zdroje a detektoru kolem zkoumaného objektu (většina lékařských aplikací), anebo při konstrukčně daném směru šíření záření (například v případě synchrotronů) rotací zkoumaného objektu. Rentgenová (mikro-)tomografie využívá rentgenového záření ke studiu (malých) objektů s vysokým rozlišením. Jako zdroj rentgenového záření lze s výhodou využít krátkovlnného záření synchrotronu. Příkladem specifických aplikací, které využívají právě vlastnosti synchrotronového záření (krátkou vlnovou délku, vysoký stupeň prostorové koherence, kvazi-monochromatičnost, možnost selekce úzkého spektrálního rozsahu atd.) je získání tomogramů pomocí fázového kontrastu a možnost aplikace dvouenergiové mikrotomogafie. Cílem disertační práce je studium, vylepšení a aplikace zmíněních dvou postupů rentgenové mikrotomografie.
Výzkum vlivu magnetického pole na šíření povrchových plazmonových polaritonů. Využití tohoto jevu v oblasti sensorů a detektorů.
K návrhu aplikací materiálů s tvarovou pamětí na bázi slitiny NiTi je nutná dokonalá znalost jejich funkčního termomechanického chování. Doktorand se bude zabývat vývojem experimentálních metod pro termomechanické zkoušky tenkých drátů NiTi v tahu, krutu a dynamickém zatěžování a rovněž konstrukcí modelů a užitných vzorů Stewartovy platformy určené k přesnému prostorovému polohování a namáhání strojních a biologických komponent. Práce budou probíhat ve spolupráci s Fyzikálním ústavem AV ČR v Praze a budou podporovány MŠMT v rámci výzkumného záměru MSM0021630518.
Školitel: Pokluda Jaroslav, prof. RNDr., CSc.
- výzkum pricipů tvorby nanostruktur pomocí lokálního odprašování a depozice realizovaných zařízením na bázi fokusovaného iontového svazku (FIB) , - aplikace FIB pro tvorbu masek a mřížek s využitím v nanoelektronice a nanofotonice.
- výzkum metody lokální anodické oxidace (LAO) realizované metodou AFM, - aplikace mikroskopu AFM pro tvorbu masek a mřížek s využitím v nanoelektronice a nanofotonice.
- vypracování metod tvorby nanostruktur a nanosoučástek (např. kvantových ringů a teček, jednoelektronových tranzistorů, spinových propustí aj.) aplikací dostupných metod (např. lokální anodickou oxidací pomocí AFM, fokusovaného iontového svazku - FIB, elektronové litografie) na pokročilé materiály a struktury (např. polovodičové heterostruktury s 2D elektr. plynem, magnetické vrstevnaté struktury a polovodiče, grafín, aj.), - měření elektrických a magnetoelektrických transportních vlastností vytvořených struktur a součástek a jejich možné uplatnění.
Práce bude zaměřena na ověřování aplikace koherencí řízené holografické mikroskopie (CCHM) pro pozorování dynamiky živých buněk.
Technika 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 bychom mohli uvést kontrolu kvality materiálů a svarů v případě kovových konstrukcí nebo oblast monitorování životního prostředí. LIBS aparaturu lze vybudovat jako mobilní a přizpůsobit daným aplikacím. Cílem disertační práce je využití metody LIBS pro dálkovou detekci stopových prvků ve vzorcích průmyslových a biologických materiálů.
Tématem doktorského studia je spojení vyspělých nedestruktivních zobrazovacích technik (jako rentgenová mikroradiografie a mikrotomografie) s technikami využívajícími laserovou ablaci pro kvazi-nedestruktivní chemickou analýzu povrchového složení zkoumaného vzorku (LIBS, DP-LIBS, LA-ICP-MS atd.). Aplikace budou směřovat do oblasti studia archeologických vzorků. K získání detailní trojrozměrné informace o vnitřní struktuře objektu pomocí rentgenového záření se využívá rentgenová (počítačová) tomografie - CT. 3D informaci získáváme průchodem svazků záření objektem pod různými úhly a matematickým zpracováním získaných rovinných obrazců, tzv. tomografickou rekonstrukcí. Technika LIBS využívá intenzivní záření vytvořené fokusováním laserového svazku z pulzního laseru na generaci svítícího mikroplazmatu v ohniskové vzdálenosti fokusující čočky. Složení plazmatu odpovídá složení analyzovaného materiálu. Detekční limity metody LIBS bývají jednotky ppm a více. Cílem disertační práce je studium, spojení a aplikace zmíněních dvou detekčních technik.
Vývoj prvků mikroskopu SPM a jeho aplikace v oblasti povrchů, tenkých vrstev a nanostruktur. Budou zkoumány možnosti zakomponování tohoto mikroskopu nebo jeho jednotlivých prvků do mikroskopu SEM nebo jiných mikroskopických technik.
Vývoj řídící jednotky pro ovládání piezokeramických nanomanipulátorů a aktuátorů. Tyto prvky budou využívány jako součást SPM nebo měřících či litografických stolků.
Školitel: Spousta Jiří, prof. RNDr., Ph.D.
- vybudování aparatury pro měření lokálních a integrálních fotoluminiscenčních vlastností nanostruktur - výzkum fotoluminiscenčních vlastností nanostruktur (uspořádaných i neuspořádaných polovodičových/dielektrických struktur)
- vypracování metod manipulace/tvorby nanovláken (např. C60) mezi segmenty nanoelektrod, - měření elektrických transportních vlastností nanovláken.
- aplikace nově vyvinuté ultravakuové aparatury, vybavené zařízením pro molekulární svazkovou epitaxi (MBE) a difrakci odražených elektronů o vysokých energiích (RHEED), pro přípravu magnetických ultratenkých vrstev a nanostruktur - aplikace FIB, EBL a dalších metod pro přípravu magnetických ultratenkých vrstev a nanostruktur - výzkum magnetických vlastností ultratenkých vrstev a nanostruktur
Studijní plán oboru není zatím pro tento rok vygenerován.