Přístupnostní navigace
E-přihláška
Vyhledávání Vyhledat Zavřít
Detail oboru
FSIZkratka: D-FMIAk. rok: 2009/2010Zaměření: Fyzikální inženýrství
Program: Fyzikální a materiálové inženýrství
Délka studia: 4 roky
Akreditace od: Akreditace do: 1.3.2016
Profil
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.
Vypsaná témata doktorského studijního programu
Ab initio výpočty atomárních struktur povrchů s aplikací pro STM/STS - povrchy kovových struktur a jejich aplikace v interpretaci experimentálních výsledků
Školitel: Šikola Tomáš, prof. RNDr., CSc.
Monitorování fyzikálních procesů na povrchu pevných látek, studium povrchů I: Mikroskopie povrchů založená na detekci atomárních sil, tunelovací mikroskopie (AFM/STM - I): - vývoj bezkontaktní metody AFM/STM, - simulace interakce sondy mikroskopu s povrchem.
Školitel: Spousta Jiří, prof. RNDr., Ph.D.
Mikroskopie povrchů založená na detekci atomárních sil, tunelovací mikroskopie (AFM/STM) III: - aplikace mikroskopu AFM/STM pro in situ analýzu povrchů bombardovaných iontovými svazky, - studium nukleačních mechanismů růstu vrstev.
Mikroskopie povrchů založená na detekci atomárních sil, tunelovací mikroskopie (AFM/STM) IV: - aplikace STM/AFM pro nanotechnologie.
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.
Technika LIBS využívá intenzivní záření vytvořené fokusováním laserového svazku z pulzního laseru na generaci svítící mikroplazmy (z pevných, kapalných nebo plynných vzorků) v ohniskové vzdálenosti fokusující čočky. Složení plazmy odpovídá složení analyzovaného materiálu. Detekční limity metody se pohybují od desítek ppm. Snížení detekčních limitů může být dosaženo, pokud jsou atomy daného prvku v již vytvořené plasmě excitovány druhým laserem (metoda LIBS+LIFS). Jako příklad z oblastí aplikací LIBS bychom mohli uvést kontrolu kvality materiálů a svarů v případě kovových konstrukcí nebo oblast monitorování životního prostředí. LIBS aparaturu lze vybudovat jako mobilní a přizpůsobit daným aplikacím. Cílem disertační práce je automatizace měření v LIBS a LIBS+LIFS aparatuře vytvořením softwaru pro počítačové řízení. Předpokládá se využití stávajících řídících programů jednotlivých přístrojů a vytvoření vlastního počítačového kódu pro automatické 2D a kvazi 3D mapování chemického složení vybraných vzorků. Funkce automatizovaných LIBS a LIBS+LIFS aparatur bude prověřeno na vybraných vzorcích.
Školitel: Kaiser Jozef, prof. Ing., Ph.D.
Naprašování tenkých vrstev za přítomnosti iontových svazků (IBAD) I: - kontrola a měření depozičních parametrů kritických pro růst a modifikaci vrstev v metodě IBAD užitím hmotnostního a energiového analyzátoru iontů, - depozice a měření parametrů magnetických vrstev/multivrstev na bázi kovů a nitridů kovů a polovodičů (např. Co, Ni, NiN, AlN, Si3N4, C3N4).
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).
in situ měření optických a elektrických vlastností povrchů a tenkých vrstev v UHV aparatuře. Monitorování fyzikálních procesů na povrchu pevných látek a studium povrchů pomocí elipsometrie povrchů a tenkých vrstev: - in situ měření optických a elektrických vlastností povrchů a tenkých vrstev v UHV aparatuře.
in situ měření optických a elektrických vlastností povrchů a tenkých vrstev v UHV aparatuře. Monitorování fyzikálních procesů na povrchu pevných látek a studium povrchů pomocí elipsometrie - rekonstrukci funkce elipsometru na oblast bílého světla (spektroskopická elipsometrie), - specifikace elektronové struktury povrchů a tenkých vrstev z hlediska elektrické vodivosti látek.
Cílem projektu je využít upravené monokrystalické scintilátory se zdokonalenými kinetickými vlastnostmi pro rychlý Everhart-Thornley detektor v rastrovacím elektronovém mikroskopu (SEM). Nové scintilátory budou vyvinuty po rozsáhlém studiu jejich kinetiky katodoluminiscence. Budou propracovány nové metody pro výzkum existujících a pro hledání nových scintilačních materiálů, které umožňují vyšetřovat povolené 5d-4f přechody v oxidových krystalech aktivovaných cerem. Projekt je motivován snahou eliminovat špatnou časovou odezvu současných scintilátorů, která má za následek nízký kontrast a špatné prostorové rozlišení obrazu v SEM.
Školitel: Schauer Petr, RNDr., CSc.
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.
Modelování interakce částic s pevnou látkou II: - studium povrchových kmitů s ohledem na využití v oblasti analýzy povrchů, - teoretické modelování difrakce metodou "Truncation Rod Scattering".
Školitel: Dub Petr, prof. RNDr., CSc.
Digitální holografický mikroskop pro světlo nízké koherence umožňuje vytvářet optické řezy zobrazovaným prostředím prostřednictvím koherenčních efektů a přitom zachovává podstatné charakteristiky zobrazení konvenčních digitálních holografických mikroskopů, zejména kvantitativní záznam fáze a intenzity obrazové vlny. Základem sestavy mikroskopu je achromatický interferometr s difrakčními mřížkami. Cílem práce je návrh, simulace, realizace a experimentální ověření digitálního holografického mikroskopu pro světlo nízké koherence, který odstraní nedostatky stávajícího zařízení, zejm. nedostatečnou velikost zorného pole, úzké efektivní spektrální pásmo osvětlení, nedostatečný prostor pro umístění preparátu a obtížnou justáž.
Školitel: Chmelík Radim, prof. RNDr., Ph.D.
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).
Aplikace plazmonových polaritonů v nanofotonice: - příprava plazmonických nanoantén a výzkum jejich vlivu na lokální zesílení elmg. pole - aplikace plazmonických nanoantén pro lokální vybuzení foroluminesce
Hlavním cílem projektu je vývoj metody pro analýzu pevných látek vykazujících slabou katodoluminiscenci. Pozornost bude zaměřena jak na experimentální tak na interpretační problémy zpracování slabé katodoluminiscence, která navíc často klesá degradací analyzovaného materiálu elektronovým svazkem. Projekt zahrnuje zvýšení citlivosti detekce, snížení ztrát v optické trase, nasazení synchronních a pulzních metod a také přizpůsobení vzorku tak, aby bylo dosaženo vysokého odstupu signálu od šumu. Podstatným výsledkem projektu by měla rovněž být modifikace stávajícího unikátního experimentálního zařízení.
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.
Podstatou projektu je hledat nové a optimalizovat již používané scintilátory a ostatní součásti scintilačního detektoru pro rastrovací elektronový mikroskop (SEM). Kromě studia katodoluminiscenčních vlastností scintilátorů téma zahrnuje i modelování a měření transportu signálu detekčním systémem s cílem najít optimální typy, materiály, rozměry i geometrii použitých komponent, najít slabá místa scintilačního systému a navrhnout změny, které by vyústily ve zvýšení detekční kvantové účinnosti (DQE). Hlavním cílem je získat optimalizovaný scintilační detekční systém.
Věnujte se využití vybraných numerických algoritmů vhodných pro návrh syntetických hologramů. Eventuálně vytvořte počítačový program pro tvorbu a optimalizaci syntetických hologramů. Zaměřte se na průmyslové aplikace dle vlastního uvážení. Věnujte se geometrickým a technologickým aspektům spojeným se záznamem a následnou rekonstrukcí hologramů, jakož i využití asymetrických a víceúrovňových reliéfů. Studujte teoreticky i experimentálně možnosti syntetického zápisu hologramů v rozlišení pod hranicí klasické difrakce, např. metodou elektronové litografie nebo příbuzných technik. Diskutujte využití syntetických hologramů v průmyslové a vědecké praxi. Vypracujte obecné studium využití syntetických hologramů a difraktivních struktur v moderní aplikované optice a fotonice.
Školitel: Kotačka Libor, Ing., Ph.D.
Problematika stability krystalů pevných látek vystavených mechanickému zatížení je stále aktuální téma výzkumu v oblasti fyziky pevných látek a materiálových věd. Získané poznatky pomáhají porozumět deformačním procesům a přispívají tak i k navrhování nových odolnějších materiálů. K posouzení stability krystalu se nejčastěji užívá jeho odezva na deformaci krystalové mříže vyjádřená ve formě matice elastických konstant či dynamickou maticí a fononovým spektrem. Cílem studia je proniknout do problematiky prvoprincipiálního modelování krystalů pevných látek a studovat jejich stabilitu při zátěži prostřednictvím elastické odezvy a fononových spekter. K tomu bude využito především teorie funkcionálu hustoty implementované v programovém systému Abinit.
Školitel: Černý Miroslav, prof. Mgr., Ph.D.
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.
K získání detailní trojrozměrné informaci o vnitřní struktuře objektu pomocí rentgenového záření se využívá rentgenová (počítačová) tomografie - CT. 3D informaci získáváme průchodem svazků záření objektem pod různými úhly a matematickým zpracováním získaných rovinných obrazců, tzv. tomografickou rekonstrukcí. Experimentálně se počítačová tomografie zrealizuje rotací zdroje a detektoru kolem zkoumaného objektu (většina lékařských aplikací), anebo při konstrukčně daném směru šíření záření (například v případě synchrotronů) rotací zkoumaného objektu. Rentgenová (mikro-)tomografie využívá rentgenového záření ke studiu (malých) objektů s vysokým rozlišením. Jako zdroj rentgenového záření lze s výhodou využít krátkovlnného záření synchrotronu. Příkladem specifických aplikací, které využívají právě vlastnosti synchrotronového záření (krátkou vlnovou délku, vysoký stupeň prostorové koherence, kvazi-monochromatičnost, možnost selekce úzkého spektrálního rozsahu atd.) je získání tomogramů pomocí fázového kontrastu a možnost aplikace dvouenergiové mikrotomogafie. Cílem disertační práce je studium, vylepšení a aplikace zmíněních dvou postupů rentgenové mikrotomografie.
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.
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.
- 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.
- výzkum metody lokální anodické oxidace (LAO) realizované metodou AFM, - aplikace mikroskopu AFM pro tvorbu masek a mřížek s využitím v nanoelektronice a nanofotonice.
- 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.
- 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.
Fotoelektronová spektroskopie (XPS): - hloubkové profilování metodou AR XPS.
In situ monitorování fyzikálních procesů na povrchu pevných látek bombardovaných iontovým svazkem, studium povrchů pomocí dynamické teorie rozptylu v oblasti difrakce pomalých elektronů
Technika LIBS využívá intenzivní záření vytvořené fokusováním laserového svazku z pulzního laseru na generaci svítící mikroplazmy (z pevných, kapalných nebo plynných vzorků) v ohniskové vzdálenosti fokusující čočky. Složení plasmy odpovídá složení analyzovaného materiálu. Detekční limity metody se pohybují od desítek ppm. Jako příklad z oblastí aplikací LIBS bychom mohli uvést kontrolu kvality materiálů a svarů v případě kovových konstrukcí nebo oblast monitorování životního prostředí. LIBS aparaturu lze vybudovat jako mobilní a přizpůsobit daným aplikacím. Cílem disertační práce je využití metody LIBS pro dálkovou detekci stopových prvků ve vzorcích průmyslových a biologických materiálů.
Technika LIBS využívá intenzivní záření vytvořené fokusováním laserového svazku z pulzního laseru na generaci svítící mikroplazmy (z pevných, kapalných nebo plynných vzorků) v ohniskové vzdálenosti fokusující čočky. Složení plasmy odpovídá složení analyzovaného materiálu. Detekční limity metody se pohybují od desítek ppm. Jako příklad z oblastí aplikací LIBS bychom mohli uvést kontrolu kvality materiálů a svarů v případě kovových konstrukcí nebo oblast monitorování životního prostředí. LIBS aparaturu lze vybudovat jako mobilní a přizpůsobit daným aplikacím. Cílem disertační práce je studium použitelnosti a stanovení detekčních limitů metody LIBS pro detekci stopových prvků ve vzorcích průmyslových a biologických materiálů.
Vývoj a aplikace UHV zařízení pro depozici tenkých vrstev fokusovaným iontovým svazkem o nízkých a ultra-nízkých energiích (200 - 5000 eV, <100 eV): - optimalizace parametrů iontového děla se zaměřením na velmi nízké energie iontů (< 10 eV), - přímá depozice tenkých vrstev iontovými svazky o energii < 100 eV, - depozice tenkých vrstev rozprašováním pevných terčů iontovými svazky o energiích 200 - 5 000 eV.
Vývoj a aplikace UHV zařízení pro depozici tenkých vrstev fokusovaným iontovým svazkem o nízkých a ultra-nízkých energiích (200 - 5000 eV, <100 eV): - přímá depozice tenkých vrstev iontovými svazky o velmi nízkých energiích (< 100 eV) - GaN, aj.
- vybudování aparatury pro měření lokálních a integrálních fotoluminiscenčních vlastností nanostruktur - výzkum fotoluminiscenčních vlastností nanostruktur (uspořádaných i neuspořádaných polovodičových/dielektrických struktur)
- vypracování metod manipulace/tvorby nanovláken (např. C60) mezi segmenty nanoelektrod, - měření elektrických transportních vlastností nanovláken.
- 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
Omezení koherence osvětlení v digitální holografické mikroskopii vede ke vzniku optických řezů, které umožňují trojrozměrně zobrazovat povrchy vzorků, popřípadě zviditelnit objekty obklopené rozptylujícím médiem. Vznik optických řezů není podrobně teoreticky popsán zejména pro procházející světlo. Cílem práce je odvodit teoretický popis zobrazení digitálním holografickým mikroskopem s nízkou koherencí světla, který popíše vznik optických řezů zejména při zobrazení procházejícím světlem.
Studijní plán oboru není zatím pro tento rok vygenerován.