Master's Thesis

Use of hollow probes in scanning probe microscopy to modify sample surfaces at the micro- and nanoscale

Final Thesis 5.09 MB

Author of thesis: Ing. Michael Dejmek

Acad. year: 2025/2026

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

Reviewer: RNDr. Alois Nebojsa

Abstract:

In this thesis, we focus on the development of an apparatus that enables the simultaneous delivery of intense light, a working gas, and an electrical voltage through a hollow optical fiber to the vicinity of a sample inside an electron microscope chamber. We will use this combination to facilitate the controlled growth of nanowires within the electron microscope chamber. In this thesis, we describe the manufacturing process and the integration of the proposed multifunctional chamber into the electron microscope system.
We are also studying the growth of nanowires and the local control of their growth direction. In this thesis, we also present simulations aimed at understanding the problem of heating a sample surface using an optical fiber. In the experimental section, we describe how we succeeded in delivering intense light, a working gas, and an electric voltage to the vicinity of the sample. The methods we selected led to the successful growth of nanowires. Part of this work is also devoted to the structural analysis of the
fabricated nanowires.

Keywords:

nanowires, VLS, SEM, multifunctional pressure chamber, thin-film
modification

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: Doba natékání plynu vláknem do mikroskopu. Z jakého materiálu jsou získané nanodráty. Student na otázky odpověděl.

Language of thesis

Czech

Faculty

Fakulta strojního inženýrství

Department

Institute of Physical Engineering

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. Michael Dejmek se ve své diplomové práci (Použití dutých sond v mikroskopii s rastrovací sondou k úpravě povrchů vzorků v mikro– a nanoměřítku) zabýval novou alternativní VLS (Vapor-Liquid-Solid) metodou přípravy nanodrátů, která doposud na ÚFI FSI nebyla použita. Jednalo se o využití dutého optického vlákna, které sloužilo k současnému přivedení intenzivního laserového světla (lokální ohřev vzorku), pracovního plynu (metanu – CH4) a nakonec i napětí k povrchu vzorku umístěného v komoře elektronového mikroskopu Tescan Vega. Nutno říci, že se s náročnými cíli vypořádal výborně, i když to mnohdy nebylo triviální. Tempo a rozsah prací negativně ovlivnil fakt, že při zadávání cílů diplomové práce byl k dispozici Kaufmanův širokosvazkový iontový zdroj. Tento zdroj měl sloužit například k pokovení vlákna, což patřilo k důležitému technologickému kroku, bez kterého nebylo možné realizovat např. přivedení rozdílných potenciálů k povrchu vzorku, případně doostření hrotu dutého optického vlákna apod. Diplomant ve spolupráci s ostatními vždy našel náhradní řešení, i když to mnohdy stálo hodně sil a práce navíc.

Tak mohla vzniknout unikátní multifunkční přetlaková komůrka, která uživatelsky přívětivě umožnila navázání světla a zavedení pracovního plynu do dutého optického vlákna. Byla navržena a zkonstruována modulárním způsobem, takže ji bylo možné (jen mírnou modifikací, a to přidáním jednoho členu) rozšířit i o možnost přivedení napětí mezi vzorek a hrot s optickým vláknem.

Provedl simulace teplotního pole v tenké vrstvě různých kovů na různých substrátech, aby na základě získaných výsledků zvolil nejlepší kombinaci kovová vrstva – substrát.

Nanesl nanočástice různých průměrů (20 nm, 80 nm) i složení (Au, Ni, …) na vytipované vhodné vzorky a provedl hodinové depozice na lokálně ohřáté povrchy různých vrstev na různých substrátech, a to v komoře elektronového mikroskopu Tescan Vega. Nakonec se mu podařilo vyrůst izolované nanodráty (zatím neznámého složení) na povrchu chromové vrstvy (na skle) s nanočásticemi zlata (20 nm).

Na závěr experimentálního ověřování možností jím navrženého postupu přípravy nanodrátů prozkoumal i možnost zavedení rozdílného potenciálu na hrot injekční stříkačky obsahující optické vlákno. Pracovní plyn byl v tomto případě přiveden k povrchu vzorku měděnou kapilárou, ve které se nacházelo optické duté vlákno. Tento pokus měl za cíl pouze prokázat, že tímto zvláštním způsobem je možné k povrchu vzorku současně přivést nejen intenzivní světlo a pracovní plyn, ale i napětí.

Celkově hodnotím práci Bc. Michaela Dejmka stupněm A, tedy 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 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 B
Grafic layout, used style and language level B
Work with used sources including quotations A
Student's independence when working on the topic B

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
RNDr. Alois Nebojsa

Předložená diplomová práce představuje tradiční zaměření Ústavu fyzikálního inženýrství. Spojuje v sobě konstrukční návrh jednotlivých částí rozšíření aparatury pro připojení k elektronovému mikroskopu Tescan Vega, ověření technologie růstu nanodrátů a použití vybraných analytických metod.

Velká pozornost je věnována konstrukci tlakové komory a přenosu světla pomocí optických vláken. Realizované spojení s využitím kolimátorů umožňuje přenos světla mezi vlákny různých rozměrů. Navázání optického vlákna na stávající mikromanipulátor připravilo podmínky pro studium optimalizace procesů vedoucích ke vzniku nanodrátů.

Oceňuji řešení, ke kterému se muselo přistoupit při náhradě za nefunkční zařízení Kaufman.

Provedené experimenty s dutým vláknem potvrzují možnost vytvářet nanodráty na exponovaném místě. Patrně časové omezení způsobilo omezení analytických metod.

Práce splnila všechny podmínky zadání i přes technické problémy, se kterými se musela vypořádat.

Celkově hodnocení - A
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
Working process, extent and suitability of applied methods B
Scholarly contribution and originality A
Ability to interpret achieved results and draw conclusions B
Applicability of results in practice or theory A
Logical arrangement of thesis and its layout A
Grafic layout, used style and language level B
Work with used sources including quotations A
Topics for thesis defence:
  1. 1) Proč jste nevyužili možnosti analýzy v elektronovém mikroskopu? 2) Můžete upřesnit nejvhodnější strukturu pro přípravu nanodrátů (sklo, SOI…)? 3) Při popisu experimentů mluvíte o sklu, není mi jasné, o jaký typ skla se jedná (sklo, SiO2…)?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová