Přístupnostní navigace
E-přihláška
Vyhledávání Vyhledat Zavřít
Detail oboru
FSIZkratka: D-FMIAk. rok: 2010/2011Zaměření: 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.
Garant
prof. RNDr. Miroslav Liška, DrSc.
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.
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 disertační práce je a) pomocí zařízení vyvinutého na ÚFI FSI VUT v Brně získat experimentální data popisující rozptyl světla na technicky významných površích (např. na površích podsystémů solárních článků, na površích reflektorů automobilových světlometů, ...) a studovat souvislost těchto dat s technologií přípravy zmíněných povrchů. b) Výsledky interpretovat v rámci známých teorií rozptylu světla na površích.
Školitel: Ohlídal Miloslav, prof. RNDr., CSc.
Chování přirozené konvekce a s ní spojených turbulencí ve velkých měřítcích, jež mají mimo jiné zásadní vliv na klimatické změny na Zemi, je velmi aktuální výzkumný problém. I v nejjednodušším případě konvekce (Rayleighovy - Bénardovy) jsou publikované výsledky měření Nusseltova čísla Nu při vysokých Rayleighových číslech Ra ve vzájemném rozporu, není dostatečně popsáno chování hlavního konvekčního proudu (zákonitosti a příčiny jeho zvratů) a chování tekutiny v blízkosti hranic (v mezních vrstvách). K vysokým hodnotám Ra charakteristickým např. pro děje v atmosféře se lze v laboratorních podmínkách přiblížit použitím plynného helia ochlazeného do blízkosti kritického bodu (5 K; 0,2 MPa). Cíl práce: přínos k pochopení obecných fyzikálních principů dosud nevyřešeného problému turbulence. Metoda: experimentální studium přirozené konvekce při vysokých hodnotách Ra pomocí studeného héliového plynu se zaměřením na strukturu turbulentního proudění.
Školitel: Musilová Věra, RNDr., CSc.
Multiferoika jsou materiály, které vykazují nejméně dvě rozdílné fázové transformace během nichž se významně mění fyzikální vlastnosti. Chování těchto materiálů na mezoskopické úrovni (nano-milimetry a nano-milisekundy) lze výhodně studovat pomocí Landau-Ginzburgovy teorie, která vychází z formulace funkcionálu volné energie pomocí vhodně zvolených parametrů uspořádání. Pro studium mikrostrukturálních změn v multiferoikách je nutné tuto teorii rozšířit o interakce mezi jednotlivými parametry uspořádání. Např. interakce mezi magnetizací a deformací krystalické mřížky v magnetoelastických multiferoikách jako např. Fe-Pd nebo Ni2MnGa umožňuje změnu magnetických vlastností vlivem změny mechanického napětí a naopak. V případě epitaxiálních vrstev je pak díky této interakci možné řídit magnetizaci feromagnetického filmu vlivem deformace substrátu. Velmi důležitou roli přitom hrají defekty krystalické mřížky, které způsobují lokální demagnetizaci. Hlavní cíle této disertační práce budou: (i) vyvinutí mezoskopického popisu magnetoelastických multiferoik pomocí metody středového pole, (ii) parametrizace odpovídající volné energie s využitím experimentálních dat a/nebo atomárních simulací, (iii) studium demagnetizace způsobené různými defekty krystalické mřížky, (iv) analýza magnetické hystereze v bezdefektních materiálech a jejích změn vlivem defektů. Tento projekt je financován z prostředků 7. rámcového programu Evropské unie, konkrétně mého Marie-Curie International Reintegration Grantu “MesoPhysDef” č. 247705, na který bude navazovat pokračující projekt. Doktorand získá nejen špičkové znalosti v oblasti teoretického popisu fázových transformací v multifázových materiálech, ale také hlubší pochopení přípravy těchto materiálů a jejich charakterizaci pomocí elektronové mikroskopie. Teoretická stránka tohoto projektu bude řešena ve spolupráci s Los Alamos National Laboratory, USA a s University of Cambridge, Velká Británie. Experimentální část bude spolupráce s Fyzikálním ústavem AV ČR v Praze a se skupinou elektrických a magnetických vlastností na ÚFM AV ČR v Brně. Samozřejmostí je pravidelná účast doktoranda na mezinárodních konferencích a publikace v recenzovaných mezinárodních periodikách.
Školitel: Gröger Roman, doc. Ing., Ph.D. et Ph.D.
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.
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
Cílem disertační práce je - provést numerické výpočty úhlového rozdělení intenzity světla rozptýleného drsným povrchem zadaného typu (povrch s gaussovkým rozdělením výšek, alkalicky leptaný povrch solárního článku apod.) v rámci Kirchhoffovy teorie rozptylu elektromagnetických vln na drsných površích. - porovnat získané výsledky s výsledky experimentálních měření, které byly dosaženy v Laboratoři koherentní optiky Ústavu fyzikálního inženýrství FSI VUT v Brně.
Hledání souvislostí mezi makroskopickými technicky významnými parametry materiálu a jejich mikroskopickou a atomární strukturou je v soucasné dobe jedním z velmi silných směrů ve fyzice pevných látek a v materiálovém výzkumu. Hlubší porozumění vztahům mezi makroskopickými parametry látek a jejich vnitřní stavbou přispívá k získání dalších znalostí potřebných 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.
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 materiálů s tvarovou pamětí na bázi slitiny NiTi je nutná dokonalá znalost jejich funkčního termomechanického chování. Doktorand se bude zabývat vývojem experimentálních metod pro termomechanické zkoušky tenkých drátů NiTi v tahu, krutu a dynamickém zatěžování a rovněž konstrukcí modelů a užitných vzorů Stewartovy platformy určené k přesnému prostorovému polohování a namáhání strojních a biologických komponent. Práce budou probíhat ve spolupráci s Fyzikálním ústavem AV ČR v Praze a budou podporovány MŠMT v rámci výzkumného záměru MSM0021630518.
Problematika nanokompozitních materiálů s vláknovou výztuží vystavených mechanickému zatížení představuje vysoce 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. Cílem studia je proniknout do problematiky prvoprincipiálního modelování vláknových nanokompozitů na bázi vybraných prvků a teoreticky studovat jejich odolnost vůči mechanickému namáhání. K tomu bude využito především teorie funkcionálu hustoty implementované v programových systémech VASP a Abinit.
Školitel: Černý Miroslav, prof. Mgr., Ph.D.
Problematika šíření trhlin zatěžovaných ve smykových módech II, III a jejich kombinaci II+III je jedním z nejaktuálnějších témat ve světovém výzkumu únavy materiálů. Jde zejména o rychlost šíření dlouhých trhlin v prahové oblasti a kvantifikaci podmínek jejich přechodu do otevíracího módu I. V odboru MMTA ÚFI se touto problematikou zabýváme již několik let ve velmi úzké spolupráci s Ústavem materiálových věd Ericha Schmida, Rakouská akademie věd v Leobenu, kde probíhají experimenty na austenitické oceli a ARMCO železe. V rámci disertace bude pokračováno v tomto výzkumu i při studiu dalších kovových materiálů. Práce budou rovněž podporovány grantem GAČR číslo P108/10/0698, který je řešen ve spolupráci s Ústavem termomechaniky AVČR v Praze.
Omezení koherence osvětlení v digitální holografické mikroskopii vede ke vzniku optických řezů, což umožňuje trojrozměrně zobrazovat povrchy vzorků, popřípadě zviditelnit objekty obklopené rozptylujícím médiem. Zobrazení světlem redukované koherence však není detailně teoreticky popsáno. Cílem navrhované práce je odvodit teoretický popis zobrazení digitálním holografickým mikroskopem s velkým rozsahem koherence (WRC DHM) a závislost jeho parametrů na koherenci osvětlení zejména v transmisním uspořádání.
Školitel: Chmelík Radim, prof. RNDr., Ph.D.
- 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.
- 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
Práce bude zaměřena na ověřování aplikace digitální holografické mikroskopie s velkým rozsahem koherence (WRC DHM) pro pozorování dynamiky živých buněk.
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
Studijní plán oboru není zatím pro tento rok vygenerován.