Detail předmětu

Nanotechnology

FEKT-MPA-NANAk. rok: 2022/2023

Předmět se věnuje moderrní problematice Nanotechnologie - principům a aplikacím. Důraz je kladen na pochopení základních nanostruktur a různých typů interakce v blízkém poli (silová, optická, elektrická, magnetická, tepelná). Další část předmětu je věnována počítačové nanotechnologii, detekci a lokalizaci nanostruktur. Studenti aktivně připravují a prezentují témata z aplikačního potenciálu nanotechnologie (nanoelektronika, metamateriály, nanofotonika) v moderním světě.

Jazyk výuky

angličtina

Počet kreditů

5

Garant předmětu

Ing. Pavel Škarvada, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav fyziky (UFYZ)

Výsledky učení předmětu

Absolvent předmětu je schopen:
- definovat a vysvětlit nové fyzikální ( elektrické, optické, magnetické) jevy v nanoměřítku
- popsat vybrané nanostruktury- fulereny, nanotrubičky, nanokompozity
- orientovat se v mikroskopických a spektroskopických technikách
- simulovat interakce v případě STM, AFM, SNOM
- provést detekci a lokalizaci nanostruktur
- diskutovat výhody a nevýhody nanomateriálů
- na zákkladě definovaných požadavků připravit prezentaci zvoleného tématu
- aktivně přednést a obhájit prezentaci v rámci ostatních aktivit
- připravit a prezentovat poster na zvolené téma
- vysvětlit podstatu vybraných nanofotonických součástek
- popsat metamateriály

Prerekvizity

Primárně jsou požadovány znalosti na úrovni bakalářského studia. Student má být schopen vysvětlit základní fyzikální a elektrotechnické principy mikrosvěta. Navíc by měl být schopen používat Matlab. Práce v laboratoři je podmíněna platnou kvalifikací „osoby znalé pro samostatnou činnost“, kterou musí studenti získat před zahájením výuky. Informace k této kvalifikaci jsou uvedeny ve Směrnici děkana Seznámení studentů s bezpečnostními předpisy.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování závisejí na způsobu výuky a jsou popsány článkem 7 Studijního a zkušebního řádu VUT.
Metody vyučování mimo přednášek a cviččení zahrnují:
1. práci tříčlenných týmů na projektu - tj. kritická studie zvoleného odborného článku či nového tématu z oboru.
2. Veřejnou prezentaci projektu.
3. Tvorbu posteru

Způsob a kritéria hodnocení

0-15 bodů laboratorní cvičení
0-15 bodů počítačové cvičení
0-10 bodů poster
0-20 bodů projekt
0-40 bodů zkouška

Osnovy výuky

1. Úvod do problematiky
2. Sručný přehled kvantové mechaniky
3. Struktura pevných látek
4. Mikroskopické techniky 1
5. Uhlík a nanotechnologie
6. Nanostruktury
7. Mikroskopické techniky 2
8. Spektroskopie
9. MEMS, NEMS
10. Fotonika
11. Plasmonika
12. Molekulární elektronika
13. Aplikace nanotechnologií

Učební cíle

Předmět má dva cíle: vytvořit rámcový přehled současného vývoje v oblasti nanověd a nanotechnologie a seznámit studenty se základními aplikacemi v kvantové mechanice, fyzice pevných látek, statistické fyzice a počítačové fyzice.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu. Laboratorní cvičení, počítačová cvičení a ostatní aktivity jsou povinné.

Základní literatura

Poole, Ch., P., Owens, Jr., F., J.: Introduction to Nanotechnology, Wiley Interscience, 2003 ISBN:0-471-07935-9 (EN)
Wolf, E., L.: Nanophysics and nanotechnology, 3rd Edition, Wiley-VCH, 2006, ISBN-13: 978-3527413249 (EN)
Sanders, W., C.: Basic Principles of Nanotechnology, CRC Press, 2018, ASIN: B07FF7FY7Z (EN)
Vollath, D.: Nanomaterials: An Introduction to Synthesis, Properties and Applications, 2nd Edition; Wiley-VCH, 2013, ISBN: 978-3527333790 (EN)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program MPA-EEN magisterský navazující, 1. ročník, letní semestr, povinně volitelný
  • Program MPA-MEL magisterský navazující, 1. ročník, letní semestr, povinně volitelný
  • Program MPAD-MEL magisterský navazující, 1. ročník, letní semestr, povinně volitelný
  • Program MPA-EAK magisterský navazující, 1. ročník, letní semestr, povinně volitelný
  • Program MPAD-BIO magisterský navazující, 2. ročník, letní semestr, povinně volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Pavel Škarvada, Ph.D.

Osnova

1. Úvod do problematiky
2. Sručný přehled kvantové mechaniky
3. Struktura pevných látek
4. Mikroskopické techniky 1
5. Uhlík a nanotechnologie
6. Nanostruktury
7. Mikroskopické techniky 2
8. Spektroskopie
9. MEMS, NEMS
10. Fotonika
11. Plasmonika
12. Molekulární elektronika
13. Aplikace nanotechnologií

Cvičení na počítači

6 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Pavel Škarvada, Ph.D.

Osnova

1. Využití Matlabu při studiu modelování polovodičových součástek
2. Demonstrace interakce v blízkém poli.
3. Simulace základních nanostruktur - kvantové tečky
4. Simulace nanoelektronických součástek a zařízení.
5. Rezonanční tunelová dioda

Laboratorní cvičení

7 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Pavel Škarvada, Ph.D.

Osnova

1. Demonstrace jevů v mikrosvětě.
2. Ellipsometie.
3. Spektrální reflektometrie.
4. Interferometrie.
5. Rastrovací mikroskopie s lokální sondou.
6. Elektronová mikroskopie.
7. Harmonický oscilátor.
8. Tunelová dioda.

Projekt

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Pavel Škarvada, Ph.D.

Osnova

Veřejná prezentace tříčlenných týmů a poster na nanotechnologické téma