Master's Thesis

Luminescence of semiconductors studied by scanning near-field optical microscopy

Final Thesis 3.7 MB

Author of thesis: Ing. Jan Těšík

Acad. year: 2016/2017

Supervisor: doc. Mgr. Vlastimil Křápek, Ph.D.

Reviewer: Mgr. Petr Klapetek, Ph.D.

Abstract:

This work is focused on the study of luminescence of atomic thin layers of transition metal chalkogenides (eg. MoS2). In the experimental part, the work  deals with the preparation of atomic thin layers of semiconducting chalcogenides and the subsequent manufacturing of plasmonic interference structures around these layers. The illumination of the interference structure will create a standing plasmonic wave that will excite the photoluminescence of the semiconductor. Photoluminescence was studied both by far-field spectroscopy and near-field optical microscopy.

Keywords:

Photoluminescence, Transition metal dichalcogenides (TMD), Molybdenum disulfide (MoS2), 2D materials, SNOM, Raman spectroscopy, optical microscopy

Date of defence

20.06.2017

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Applied Sciences in Engineering (M2A-P)

Field of study

Physical Engineering and Nanotechnology (M-FIN)

Composition of Committee

prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc. (předseda)
prof. RNDr. Miroslav Liška, DrSc. (místopředseda)
prof. RNDr. Bohumila Lencová, CSc. (člen)
prof. RNDr. Jiří Komrska, CSc. (člen)
prof. RNDr. Petr Dub, CSc. (člen)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Eduard Schmidt, CSc. (člen)
prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D. (člen)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (člen)

Diplomová práce Bc. Jana Těšíka je zaměřena na studium luminiscence atomárně tenké vrstvy sulfidu molybdeničitého ve vzdáleném a blízkém poli.
Práce je poměrně přehledně a logicky členěna do devíti kapitol, v rámci jednotlivých kapitol je ovšem text často nepřehledný. Jazyková a stylistická úroveň práce je spíše průměrná.
Rešeršní část práce je poměrně obsáhlá, seznam literatury obsahuje sto položek. Současný stav poznání ovšem není kriticky interpretován. Například v souvislosti s fotoluminiscencí sulfidu molybdeničitého je zmíněna pouze jedna práce, není diskutován ani tak základní parametr měření, jako je teplota, zcela chybí zmínka o zářivých defektech.
Silnou stránkou práce je velký rozsah experimentálních metod, které si pan Těšík osvojil, a velký objem experimentální práce. Nekteré z těchto metod jsou přitom náročné a bylo potřeba vyvinout i jejich metodologii, především u technik využívajících blízkého pole.
Za největší slabinu považuji zpracování a interpretaci dat. Například u profilu AFM na obrázku 6.4 autor ponechává bez komentáře, že změřená výška vrstvy (1.1+-0.3 nm) odpovídá teoretické tloušťce dvojvrstvy (1.2 nm), nikoliv monovrstvy (0.6 nm). To, že o monovrstvu podle všeho jde, by přitom bylo možné doložit citací příslušných výsledků práce [8].
Přes vyjádřené nedostatky jde o kvalitní diplomovou práci, která splňuje všechny požadavky na ni kladené. Cíle práce byly naplněny a v některých směrech překročeny (zejména pokud jde o kombinaci metod blízkého a vzdáleného pole). Dosažené výsledky budou po doplnění a lepším zpracování publikovatelné v odborné literatuře. Práci doporučuji k obhajobě a navrhuji hodnocení velmi dobře/B.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené vysledky a vyvozovat z nich závěry C
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti C
Grafická, stylistická úprava a pravopis C
Práce s literaturou včetně citací B
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Mgr. Petr Klapetek, Ph.D.

Práce se zaměřuje na využití metody rastrovací optické mikroskopie v blízkém poli pro měření luminiscence atomárně tenkého materiálu, s využitím excitace luminiscence pomocí interference povrchových plazmonů. Jedná se o téma, které je vysoce aktuální, a práce byla provedena na souboru zařízení, která svými technickými parametry odpovídají soudobému stavu experimentální techniky v nejlepším slova smyslu; student měl tedy příležitost prakticky se seznámit s velkou řadou špičkových přístrojů. Práce zahrnuje velké množství dobře popsané experimentální práce spolu s podrobnou interpretací naměřených dat. Student musel v průběhu práce překonávat mnohé obtíže spojené s jednotlivými experimenty, což je ovšem u práce zahrnující využití takového množství technik častý jev, a i poměrně malé množství výsledných struktur, na kterých bylo možné měření dovést až do konce, proto považuji za velký úspěch. Práce je pečivě zpracovaná, s minimem formálních chyb (např. překlepů), a je z ní patrné, že student dobře porozuměl jednotlivým technikám, jejich limitům, a dokázal s nimi patřičně pracovat. Intepretace výsledků se při malém množství experimentálních dat může zdát odvážná, nepostrádá však odkazy na další práce, kterými je možné jednotlivé vývody podpořit. Cíle práce byly splněny.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. vysledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. - Čím si vysvětlujete potíže při měření tloušťky vrstvy pomocí AFM a s ním spojené analýzy počtu vrstev? Mohly by být způsobené například špatnou kalibrací mikroskopu? Je v literatuře, ze které se vycházelo, použit stejný systém (substrát, nativní vrstva apod.)?
  2. - Popis vztahu šumu a signálu u kontaktního AFM je poněkud matoucí, malá tuhost raménka zvyšuje citlivost metody, ale sama o sobě nezvyšuje šum měření (ten by se naopak zvýšil, pokud bychom v kontaktním režimu použili tužší raménko).
  3. - V obrázku 9.4 jsou uvedeny polohy hrotu, ke kterým se vztahují jednotlivá měření. V textu je uvedeno, že polohování hrotu provázely velké obtíže - nakolik jsou tyto polohy tedy reálné? I kdyby byl hrot přímo v těchto polohách, podle obrázku 8.1 bych se domníval, že luminiscenční signál, byť menší, by bylo možné naměřit i na okraji struktury (a naopak i uprostřed struktury jsou místa s destruktivní interferencí, kde by byl signál menší). Je možné tento jev okomentovat?
  4. - Nakolik se ve výsledcích uvedených v obrázku 9.4 projeví konečná velikost apertury hrotu? Ovlivní přítomnost sondy interferenci plazmonů?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová