Bachelor's Thesis

Materials and their application in low temperature parts of STM microscope

Final Thesis 5.13 MB

Author of thesis: Ing. Jakub Voňka

Acad. year: 2010/2011

Supervisor: Ing. Pavel Urban, Ph.D.

Reviewer: Ing. Ivan Vlček, Ph.D.

Abstract:

Cryogenic flow cryostat with liquid helium (LHe) is being developed by Group of Cryogenics and Superconductivity at Institute of Scientific Instruments for the existing scanning tunneling microscope (STM) working at ambient temperature at Institute of Physical Engineering. This thesis deals with the selection of materials and determination of their material characteristics for potential use in some parts of the low temperature STM (LT-STM), focusing mostly on thermal conductivity in temperature range from 4 K to 300 K. Problematics of copper braids for thermal connection of the sample with cold heat exchanger is discussed. CuCrZr alloy was closely studied as a possible material for sample holder. Heat fluxes through low conductive supports based on thermal resistance of spherical contacts were determined for possible use as an insulation between cold sample holder and STM table.

Keywords:

thermal conductivity, flow LHe cryostat, STM, cryogenics

Date of defence

21.06.2011

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Language of thesis

English

Faculty

Department

Study programme

Applied Sciences in Engineering (B3901-3)

Field of study

Physical Engineering and Nanotechnology (B-FIN)

Composition of Committee

prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc. (předseda)
prof. RNDr. Miroslav Liška, DrSc. (místopředseda)
prof. RNDr. Bohumila Lencová, CSc. (člen)
doc. RNDr. Josef Kuběna, CSc. (člen)
prof. RNDr. Jiří Komrska, CSc. (člen)
prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Petr Dub, CSc. (člen)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Ivan Křupka, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D. (člen)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Pavel Urban, Ph.D.

Stanoveným cílem předložené práce bylo nalézt vhodné materiály pro klíčové části nízkoteplotního UHV-STM mikroskopu s ohledem na jejich mechanické a tepelné vlastnosti. Práci student prováděl na Ústavu přístrojové techniky AV ČR v.v.i. v laboratořích Skupiny kryogeniky a supravodivosti. Na uvedeném pracovišti je členem týmu, který pracuje na vývoji heliového průtokového kryostatu pro stávající STM mikroskop Ústavu fyzikálního inženýrství. Výsledky předložené bakalářské práce představují nepostradatelný základ pro úspěšný návrh tohoto zařízení. Jde zejména o změřené závislosti tepelné vodivosti vybraných materiálů za nízkých teplot, které nejsou  dostupné v odborné literatuře a měření tepelných toků konstrukčními prvky mikroskopu. Jakub Voňka při řešení bakalářské práce prokázal schopnost pracovat v kolektivu vědeckého týmu. Přestože  tato práce byla řešena v kolektivu a již ověřenými metodami a postupy, student prokázal také schopnost samostatně pracovat při řešení dílčích úkolů. Proto je také spoluautorem publikace v  časopise Cryogenics, kde byly publikovány výsledky části měření. Některé úkoly, kterými se zabýval, přesahují rámec této práce a mohly by tvořit základ pro případnou navazující diplomovou práci. Bakalářská práce byla napsána v anglickém jazyce, jasně a srozumitelně a doporučuji ji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosažené 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 B

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Ivan Vlček, Ph.D.

Cílem bakalářské práce je posouzení klíčových komponent pro budovaný nízkoteplotní UHV-STM mikroskop na Ústavu fyzikálního inženýrství z kryogenního hlediska. Jedná se o měděné svazky, slitinu CuCrZr a podpěry s vysokým tepelným odporem. Pro určení tepelných toků u posuzovaných komponent byla měřena i počítána jejich tepelná vodivost v rozsahu teplot od 4 K do  300 K.
V souladu s cíli je práce logicky rozdělena do tří kapitol, Kapitola stručně shrnující základní teorii zvyšuje počet kapitol na konečný počeé čtyři.  Práce je napsána anglicky, věcně a výstižně na 27 stranách. Zbytek stránek jsou seznamy, obsah, literatura atd. Tabulky, grafy i obrázky jsou na velmi dobré úrovni. Snad jen u některých obrázků chybí údaj pro získaní rozměrové představy, který se dá ale dohledat v textu. Obrázky 4.4 by možná byly názornější ve formě řezů. K rychlejšímu pochopení textu na straně 39 by možná dopomohl schematický obrázek.
Jak bylo vyjádřeno pomocí tabulkového hodnocení výše, práci lze vytknout jen drobnosti. O kvalitě práce nesporně vypovídá i publikování výsledků třetí kapitoly v zahraničním časopise. Práci hodnotím jako výbornou a doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosaž. vysledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. 1) Prosím stručně popište průběh měření podle kapitoly 2.3.1, jeho časovou náročnost, Vaši úlohu při měření. Jak dlouho trvalo měření závislosti v obr. 2.2? 2) Prosím popište následující kroky a záměry týkající se tématu průtokového kryostatu s kapalným héliem, jak se o nich zmiňujete v závěru.

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová