Master's Thesis

Local changes of selected metal surfaces by AFM microscopy using a multifunctional probe

Final Thesis 12.01 MB

Author of thesis: Ing. Eliška Boleloucká

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D.

Reviewer: doc. Ing. Alexandr Knápek, Ph.D.

Abstract:

This master’s thesis focuses on the implementation, verification, and characterization of laser-assisted local thermal oxidation of transition metal thin films. The experimental work involved the reassembly of a unique setup integrated into the LiteScope SPM module inside a scanning electron microscope chamber. This system utilizes a multifunctional probe with a hollow core optical fiber for the simultaneous transport of intense laser light and reactive gas directly to the probe-sample interaction site. The correct functionality of the setup was initially validated on reference vanadium thin films, where Raman spectroscopy confirmed the successful synthesis of vanadium dioxide exhibiting a reversible metalinsulator transition. Subsequently, this methodology was extended to titanium and chromium thin films. The resulting local VO2, TiO2 and Cr2O3 domains were analyzed
using optical microscopy, scanning electron microscopy (SEM), Raman spectroscopy, and atomic force microscopy (AFM), while describing the influence of the properties and thermal conductivity of the substrates on the oxidation threshold powers and layer morphology.

Keywords:

SEM, AFM, LiteScope, multifunctional probe, hollow core optical fiber, laser-assisted local oxidation, thin films

Date of defence

15.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Po otázkách oponenta bylo dále diskutováno: Ramanovská spektra VO2(R), důvod absence píků. Kontrola kovových povrchů před oxidací. Role fotonů při oxidaci, vazební energie molekuly O2. Studentka na otázky odpověděla.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Physical Engineering and Nanotechnology (N-FIN-P)

Composition of Committee

prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc. (předseda)
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D. (místopředseda)
prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D. (člen)
prof. Mgr. Dominik Munzar, Dr. (člen)
doc. Mgr. Adam Dubroka, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Jan Čechal, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Jiří Petráček, Dr. (člen)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Miroslav Kolíbal, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Radek Kalousek, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Stanislav Průša, Ph.D. (člen)
doc. Mgr. Vlastimil Křápek, Ph.D. (člen)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (člen)

Supervisor’s report
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D.

Bc. Eliška Boleloucká se ve své diplomové práci (Lokální změny povrchů vybraných kovů pomocí mikroskopie AFM užitím multifunkční sondy) věnovala lokální oxidaci tenkých vrstev kovů na skle v komoře elektronového mikroskopu. Kromě rešeršní části diplomová práce obsahuje část věnovanou simulacím rozložení teplotního pole vzorku po osvitu intenzivním laserovým světlem. Těžiště práce ovšem spočívá v samotných experimentech provedených diplomantkou. Podařilo se jí v komoře elektronového mikroskopu pomocí sondy AFM (LiteScope, firma Nenovision) úspěšně lokálně zoxidovat tenké vrstvy vanadu, titanu a chromu na skle. Tyto originální výsledky představují další slibné využití původní metody, která je na ÚFI FSI v posledních pěti letech intenzivně rozvíjena. Za přínosné považuji rovněž způsob analýzy vlastností vzniklých oxidů pomocí SEM, Ramanovy spektroskopie a AFM.

Bc. Eliška Boleloucká musela při řešení zadaných cílů diplomové práce překonat řadu technických obtíží, především spojených s navázáním světla a současného přivedení plynu do kapilár dutého optického vlákna. Dosažené výsledky však ukazují, že se jí tuto náročnou část experimentu podařilo zdárně vyřešit.

Diplomantka přistoupila k práci odpovědně a hlavně s blížícím se termínem odevzdání práce svoji činnost velmi zintenzivnila. Rovněž vhodně do práce zapracovala všechna doporučení Ing. Kataríny Rovenské, která jí byla velmi dobrou oporou a pomocnicí jak při zpracovávání teorie, tak i vedení samotných náročných experimentů.

Vzhledem k výše uvedeným skutečnostech navrhuji celkové hodnocení práce Bc. Elišky Boleloucké stupněm A – výborně.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
Working process, extent and suitability of applied methods A
Scholarly contribution and originality B
Ability to interpret achieved results and draw conclusions B
Applicability of results in practice or theory A
Logical arrangement of thesis and its layout B
Grafic layout, used style and language level A
Work with used sources including quotations A
Student's independence when working on the topic B

Grade proposed by supervisor: A

Diplomová práce splňuje zadání v plném rozsahu a prokazuje velmi dobrou orientaci autorky v oblasti lokální modifikace tenkých vrstev. Autorka prokázala schopnost samostatně řešit náročný experimentální úkol s významným podílem vlastní tvůrčí činnosti. Za zvláště cenné lze považovat její podíl na opětovném sestavení a zprovoznění unikátní experimentální aparatury kombinující AFM, SEM, laserový ohřev a lokální přívod reaktivního plynu. Funkčnost systému následně ověřila na referenčních vrstvách vanadu a metodiku úspěšně rozšířila na tenké vrstvy titanu a chromu. Vzniklé oxidické struktury detailně charakterizovala pomocí SEM, AFM a Ramanovy spektroskopie. Získané výsledky přispívají k lepšímu pochopení vlivu experimentálních podmínek a vlastností substrátu na proces lokální oxidace a představují kvalitní základ pro další výzkum v oblasti bezmaskové nanofabrikace, fotoniky a funkčních oxidických vrstev. Práce je logicky členěna, výsledky jsou přehledně prezentovány a kriticky diskutovány. Drobné formální nedostatky nesnižují její celkově vysokou odbornou úroveň. Práci doporučuji k obhajobě a hodnotím stupněm A.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
Working process, extent and suitability of applied methods A
Scholarly contribution and originality A
Ability to interpret achieved results and draw conclusions A
Applicability of results in practice or theory A
Logical arrangement of thesis and its layout A
Grafic layout, used style and language level A
Work with used sources including quotations A
Topics for thesis defence:
  1. Během práce na svém tématu jste se podílela na opětovném sestavení experimentální aparatury využívající spojení jednomódového a dutého optického vlákna. Jaké považujete za hlavní zdroje optických ztrát v tomto systému a jaká konstrukční opatření by mohla zvýšit účinnost přenosu světla k povrchu vzorku?
  2. Experimentální sestava umožňuje současný přívod laserového záření a pracovního plynu pomocí multifunkční sondy. Jaké další experimentální možnosti nebo měřicí techniky by bylo možné do tohoto uspořádání integrovat, aby se rozšířily jeho schopnosti při lokální modifikaci a charakterizaci materiálů?
  3. V experimentální sestavě je multifunkční sonda provozována uvnitř komory SEM. Jaké problémy může způsobovat současná přítomnost elektronového svazku, laserového záření a přiváděného plynu v jednom experimentálním prostoru a jak byla tato rizika ve Vašem uspořádání řešena?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová