Bachelor's Thesis

Improvement of control and analysis techniques of a SPM model

Final Thesis 2.03 MB

Author of thesis: Bc. Marcel Štefko

Acad. year: 2014/2015

Supervisor: Ing. Dalibor Šulc, Ph.D.

Reviewer: Ing. Zdeněk Nováček, Ph.D.

Abstract:

This Bachelor Thesis is focused on development of a model of an atomic force microscope (AFM). First part of the thesis is research of already existing analogies between macroscopic phenomena and phenomena connected to scanning probe microscopy. A suitable analogy was chosen and implemented into an existing AFM model. A single-board computer was integrated into the model to enable control without connecting an external computer. In final chapters, probe behaviour and analogies between the model and real atomic force microscopes are discussed.

Keywords:

Scanning Probe Microscopy, SPM, Atomic Force Microscopy, AFM, model, analogy

Date of defence

25.06.2015

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Language of thesis

English

Faculty

Fakulta strojního inženýrství

Department

Institute of Physical Engineering

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)
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. Ing. Ivan Křupka, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D. (člen)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Dalibor Šulc, Ph.D.

Marcel Štefko při práci na zadání této bakalářské práce prokázal výbornou schopnost se rychle učit a osvojovat si znalosti nejen z oborů fyziky. Pracoval na vylepšení vývojového modelu mikroskopu atomárních sil, který má sloužit k popularizaci nanotechnologií a přispět k lepšímu pochopení problematiky sondových mikroskopů.

Stávající model doplnil jednodeskovým počítačem tak, aby už nebyl potřeba další prezentační notebook a naprogramoval veškerý software potřebný pro provoz.

Dále zpracoval rešerši různých makroskopických analogií sondových mikroskopů, z nichž jednu vybral a na vývojovém modelu úspěšně realizoval.

Student zadání v plné míře splnil, pracoval samostatně, svědomitě a celou práci odevzdal s předstihem. Jeho práce poslouží jako základ k publikaci v impaktovaném časopise.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
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 A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Zdeněk Nováček, Ph.D.

Autor se ve své práci zaměřuje na vývoj modelu rastrovacího sondového mikroskopu (SPM). Využití podobných pomůcek ve výuce pomáhá studentům lépe pochopit základní principy popisovaných zařízení, lépe si zapamatovat detaily a činí výuku atraktivnější.
V úvodní části práce je stručně představen princip SPM a několik možností, jak jej demonstrovat. Pro volbu vhodné makroskopické analogie je nezbytné seznámit se s funkcí a principem reálné mikroskopické techniky, jak je v další části práce uvedeno.
Praktická část vychází z modelu již dříve sestaveného, který autor doplnil o zpětnovazební řízení v režimu konstantní interakce, poklepový režim mikroskopie atomátních sil a především o řídicí rozhraní. Toto rozhraní je založeno na integrovaném mikropočítači Raspberry Pi, na němž se spouští řídicí software, který autor implementoval v jazyce Python.
Závěrečná část se věnuje buzení a charakterizaci oscilací sondy. Mým dotazem do diskuse je typická amplituda a jakost použitého kantileveru a zda autor zvažoval také možnost měření v režimu frekvenční modulace.
U jednotlivých nově implementovaných technik postrádám ukázky měření nebo zhodnocení dosažených parametrů.

Práci hodnotím celkovým stupněm B a doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. vysledky a vyvozovat z nich závěry C
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. Zvažoval autor i možnost měření v režimu frekvenční modulace? Jaká jsou z tohoto pohledu omezení modelu v současném stavu (jakost, frekvence použitého kantileveru)?

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová