Cílem studia je poskytnout studentům vzdělání a umožnit jim vědecký výzkum v oblastech inženýrská optika, fyzika povrchů, mikromechanika materiálů, strojírenské materiály, fyzikální metalurgie a aplikovaný výzkum keramiky.

1. Atomistické výpocty teoretické pevnosti kovových krystalů

   Cílem práce je získat nové výsledky v oblasti studia mezních stavu krystalických pevných látek a prispet k porozumení jejich mechanickým vlastnostem za ruzných podmínek zatežování. K tomuto úcelu budou vypocteny ideální pevnosti v tahu, tlaku a smyku u vybraných kovových krystalu z prvních principu a semiempirickými metodami. Pro výpocty elektronové struktury techto vybraných materiálu by byla použita metoda linearizovaných muffin-tin orbitalu (LMTO) a pokrocilejší metoda linearizovaných pridružených rovinných vln (LAPW) bez aproximací pri reprezentaci krystalového potenciálu (tzv. full-potential version). Jsou vytvoreny velmi dobré studijní i pracovní podmínky pro výpocty (nový výpocetní cluster), podporované výzkumným zámerem Simulacní modelování mechatronických soustav a grantem COST s širokou mezinárodní spoluprací.

   Školitel: Šandera Pavel, prof. RNDr., CSc.

2. Depozice tenkých vrstev metodou IBAD, část II.

   Naprašování tenkých vrstev za přítomnosti iontových svazků (IBAD) II: - depozice a měření parametrů izolačních ("high-K"), pasivačních, optických a bioaktivních vrstev/multivrstev rozprašováním keramik a syntetických minerálů (např. ZrO2, HfO2, Al2O3, hydroxylapatit, křemen).

   Školitel: Šikola Tomáš, prof. RNDr., CSc.

3. Kvantitativní fraktografie únavových lomu pri biaxiálním namáhání

   Stav napetí v prevážné vetšine konstrukcních elementu je znacne odlišný od homogenní jednoosé napjatosti, která je naopak typická pro laboratorní testy únavové životnosti. Proto se stále casteji používají dvojosé únavové zkoušky materiálu, zejména kombinace ohybového a krutového namáhání, které spolu s jednoosými testy poskytují dostatecný soubor dat k relevantním výpoctum životnosti. Jednou z nejduležitejších metod studia prubehu únavového porušování je analýza morfologie lomových ploch elektronovým a optickým mikroskopem, tj. kvantitativní fraktografie. V posledních letech došlo k výraznému zdokonalení zejména metod hodnocení morfologie na bázi fraktální a statistické geometrie i numerického pocítacového zpracování dat. Využívá se i moderních metod trojrozmerné rekonstrukce povrchového reliéfu, jako jsou optická chromatografie nebo stereofotogrammetrie v elektronovém mikroskopu. Aplikace techto metod na analýzu lomu, zejména vzniklých pri biaxiálním zatežování, je však zatím v počátcích. Obsahem práce je aplikace moderních metod kvantitativní fraktografie na hodnocení lomu vysocepevných ocelí po kombinovaném kmitavém namáhání v ohybu a krutu, získaných v laboratori mikromechaniky na ÚFI FSI VUT. Experimenty budou probíhat i v rámci mezinárodní spolupráce s Ústavem Ericha Schmida rakouské akademie ved, založené na projektech AKTION a COST. Ocekává se, že výsledky prispejí k hlubšímu poznání mikromechanizmu iniciace a šírení trhlin, zvlášte pri biaxiálním kmitavém namáhání.

   Školitel: Pokluda Jaroslav, prof. RNDr., CSc.

4. Nanofotonika I

   Aplikace plazmonových polaritonů v nanofotonice: - buzení a detekce plazmonových polaritonů na kovových tenkých vrstvách a nanostrukturách, - výzkum šíření plazmonových polaritonů na površích těchto objektů a jejich aplikace (např. v nanosenzorech).

   Školitel: Dub Petr, prof. RNDr., CSc.

5. Nanofotonika II

   Aplikace plazmonových polaritonů v nanofotonice: - příprava plazmonických nanoantén a výzkum jejich vlivu na lokální zesílení elmg. pole - aplikace plazmonických nanoantén pro lokální vybuzení foroluminesce

   Školitel: Šikola Tomáš, prof. RNDr., CSc.

6. Optické mikromanipulační techniky kombinované s mikrospektroskopickými metodami

   Současné optické mikromanipulační techniky zahrnují řadu unikátních nástrojů a postupů, které umožňují např. prostorovou lokalizaci mikroobjektů (včetně živých buněk) ve světelném svazku (tzv. optická pinzeta), 3D manipulace s několika mikroobjekty, bezkontaktní a sterilní separaci mikroobjektů či složek suspenzí, povrchové uspořádání mikročástic a jejich transport. Optická pinzeta využívá jednoho fokusovaného laserového svazku k zachycení mikroobjektů a k jejich manipulaci v prostoru. Vlnová délka je volena tak, aby nebyla objektem pohlcována a objekt zůstal nepoškozený. Zachytávání v optické pinzetě může být kombinováno s mikrospektroskopií (fluorescenční či Ramanovou), která umožňuje neinvazívní prostorově rozlišené mapování molekulárního složení zkoumaného vzorku. V rámci PhD práce se předpokládá navržení optického systému, který umožní dynamicky vytvořit několik ohnisek fokusovaných svazků a řídit jejich pohyb v prostoru. Předpokládá se využití prostorového modulátoru světla nebo vychylovačů svazku typu akustooptických deflektorů nebo galvanooptických zrcadel. Bude pak možné zachytit mikroobjekt (např. živou buňku) a současně mikrospektroskopicky získávat informace o jeho chemickém složení. Na základě výsledku analýzy pak bude možné objekty separovat v kombinaci s mikrofluidním systému. Výše popsaná kombinace představuje začínající a aktuální problematiku, u které je vysoká pravděpodobnost, že nalezne využití i v nefyzikálních oborech jako jsou buněčná biologie, analytická chemie, mikrofluidika a chemie povrchů. V rámci disertační práce se předpokládá experimentální a teoretická činnost v Ústavu přístrojové techniky AV ČR, který disponuje potřebným vybavením. Pracoviště spolupracuje s řadou evropských laboratoří zabývajících se spřízněnou problematikou, což nabízí úspěšnému uchazeči možnost zahraničních stáží a rychlý odborný růst.

   Školitel: Zemánek Pavel, prof. RNDr., Ph.D.

7. Prvoprincipiální výpočty elasticity a stability dokonalých krystalů

   Hledání souvislostí mezi makroskopickými technicky významnými parametry materiálu a jejich mikroskopickou a atomární strukturou je v soucasné dobe jedním z velmi silných smeru ve fyzice pevných látek a v materiálovém výzkumu. Hlubší porozumení vztahum mezi makroskopickými parametry látek a jejich vnitrní stavbou prispívá k získání dalších znalostí potrebných k vyhledávání materiálu s lepšími užitnými parametry. Cílem práce je získat nové výsledky v oblasti studia mechanických vlastností krystalických pevných látek s ohledem na možnou variabilitu jejich atomové struktury. K tomu bude využito predevším výpoctu vycházejících z prvních principu, tedy fundamentální kvantové teorie (Schrödingerova rovnice pro pevnou látku), založených na teorii funkcionálu hustoty implementované v programových systémech Wien2k nebo VASP. Doktorská disertacní práce bude zpracovávána na Ústavu fyzikálního inženýrství FSI VUT v Brne, kde jsou vytvoreny velmi dobré studijní i pracovní podmínky (nový výpocetní cluster), podporované výzkumným zámerem Simulacní modelování mechatronických soustav a grantem COST s širokou mezinárodní spoluprací.

   Školitel: Pokluda Jaroslav, prof. RNDr., CSc.

8. Studium funkčních vlastností tenkých vláken NiTi pro aplikace v smart strukturách a textiliích

   K návrhu aplikací a vývoji technologie výroby tkaných a pletených textilních materiálů s vlákny NiTi je nutná dokonalá znalost jejich funkčního termimechanického chování. Doktorand se bude zabývat vývojem nových experimentálních metod pro termomechanické zkoušky tenkých drátů v tahu, krutu a dynamickém zatěžování, konstrukcí a výrobě těchto speciálních zařízení a specivikaci zkušebních postupů na základě nedávno vyvinutých přístuů ve spolupráci s dalšími členy týmu výzkumných projektů na FSI VUT v Brně, výzkumný záměr MSM0021630518 a ve FÚ AV ČR v Praze.

   Školitel: Pokluda Jaroslav, prof. RNDr., CSc.

9. Teplotní závislost mechanických vlastností materiálů s pamětí

   Speciálními vlastnostmi Nitinolu se v Ceské republice zabývají pouze dve pracovište Akademie ved v Praze, zamerené na základní výzkum procesu fázových transformací v techto slitinách. Z výsledku svetového aplikovaného výzkumu jsou známy statické, kvazistatické a nízkocyklové únavové vlastnosti techto materiálu. Zcela však chybí údaje o teplotní závislosti únavových charakteristik, zejména ve vysokocyklové oblasti, které jsou podstatné pro vývoj mechatronických aktuátoru. I když existují zmínky o výzkumných programech zamerených na vysokocyklovou únavu nitinolu, provádených firmami vyvíjejícími tento materiál pro potreby mechatroniky, príslušná data jsou držena v tajnosti. K merení vnitrního tlumení a únavové životnosti materiálu s pametí (Nitinol, Ni-Ti) bude použita rezonancní metoda ohybových kmitu jednostranne vetknutých vzorku. Základní jednotkou unikátního experimentálního zarízení je klimatická komurka TTC 4002 pro merení teplotní závislosti modulu pružnosti a útlumových charakteristi. Soucástí je elektromagnetické buzení a snímání kmitu i presné optické detektory výchylky. Komurka pracuje v rozmezí teplot -70oC až 180oC a automatickým ohrevem (pocítá se s dokoupením rozhraní pro PC). Signál a merení teploty na vzorku jsou zpracovány multianalyzátorem PULSE na bázi rychlé Fourierovy analýzy. Pro úcely vývoje mechatronického pohybového ústrojí bude rovnež nutno provést testy pametového silového pusobení, elektrického odporu a srovnání vybraných typu slitiny Nitinol v charakteristických teplotních intervalech. Práce jsou podporovány výzkumným zámerem Simulacní modelování mechatronických soustav.Predpokládá se úcast doktoranda na zahranicních vedeckých konferencích.

   Školitel: Pokluda Jaroslav, prof. RNDr., CSc.

10. Tvorba nanostruktur a masek požadovaných parametrů pomocí fokusovaného iontového svazku (FIB)

    - výzkum pricipů tvorby nanostruktur pomocí lokálního odprašování a depozice realizovaných zařízením na bázi fokusovaného iontového svazku (FIB) , - aplikace FIB pro tvorbu masek a mřížek s využitím v nanoelektronice a nanofotonice.

    Školitel: Šikola Tomáš, prof. RNDr., CSc.

11. Tvorba nanostruktur a masek požadovaných parametrů pomocí lokální anodické oxidace (LAO)

    - výzkum metody lokální anodické oxidace (LAO) realizované metodou AFM, - aplikace mikroskopu AFM pro tvorbu masek a mřížek s využitím v nanoelektronice a nanofotonice.

    Školitel: Šikola Tomáš, prof. RNDr., CSc.

12. Tvorba nanostruktur a nanosoučástek pro oblast nanoelektroniky a spintroniky, výzkum jejich transportních vlastností

    - vypracování metod tvorby nanostruktur a nanosoučástek (např. kvantových ringů a teček, jednoelektronových tranzistorů, spinových propustí aj.) aplikací dostupných metod (např. lokální anodickou oxidací pomocí AFM, fokusovaného iontového svazku - FIB, elektronové litografie) na pokročilé materiály a struktury (např. polovodičové heterostruktury s 2D elektr. plynem, magnetické vrstevnaté struktury a polovodiče, grafín, aj.), - měření elektrických a magnetoelektrických transportních vlastností vytvořených struktur a součástek a jejich možné uplatnění.

    Školitel: Šikola Tomáš, prof. RNDr., CSc.

13. Tvorba nanostruktur pomocí řízeného samouspořádávání

    - výzkum vlivu substrátů a podmínek depozice na růst ultratenkých vrstev a nanostruktur, - aplikace řízeného samouspořádávání (např. selektivního růstu) pro tvorbu masek a mřížek s využitím v nanoelektronice a nanofotonice.

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

14. Výzkum integrálních a lokálních fotoluminiscenčních vlastností nanostruktur

    - vybudování aparatury pro měření lokálních a integrálních fotoluminiscenčních vlastností nanostruktur - výzkum fotoluminiscenčních vlastností nanostruktur (uspořádaných i neuspořádaných polovodičových/dielektrických struktur)

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

15. Výzkum elektrických transportních vlastností molekulárních nanovláken

    - vypracování metod manipulace/tvorby nanovláken (např. C60) mezi segmenty nanoelektrod, - měření elektrických transportních vlastností nanovláken.

    Školitel: Dub Petr, prof. RNDr., CSc.

16. Výzkum ultratenkých magnetických vrstev a nanostruktur

    - aplikace nově vyvinuté ultravakuové aparatury, vybavené zařízením pro molekulární svazkovou epitaxi (MBE) a difrakci odražených elektronů o vysokých energiích (RHEED), pro přípravu magnetických ultratenkých vrstev a nanostruktur - aplikace FIB, EBL a dalších metod pro přípravu magnetických ultratenkých vrstev a nanostruktur - výzkum magnetických vlastností ultratenkých vrstev a nanostruktur

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

17. Životnost konstrukčních materiálů a součástí turbodmychadla za podmínek mechanické a tepelné únavy

    Téma je zaměřeno na posouzení mezních stavů a nalezení kvantitativních kritérií životnosti materiálů a součástí automobilového turbodmychadla. Součásti jsou namáhány mechanickou i tepelnou únavou. Výzkum bude zahrnovat vliv vybraných zátěžných a materiálových parametrů včetně kvality povrchového obrobení.

    Školitel: Pokluda Jaroslav, prof. RNDr., CSc.