Přístupnostní navigace
E-přihláška
Vyhledávání Vyhledat Zavřít
Detail oboru
FSIZkratka: D-FMIAk. rok: 2012/2013Zaměření: 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
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): - 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.
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.
Cílem práce bude výzkum nestandardních zobrazovacích modů, které poskytuje koherencí řízená holografická mikroskopie, a jejich využití zejména pro pozorování v opticky rozptylujících prostředích.
Školitel: Chmelík Radim, prof. RNDr., Ph.D.
Holografické mikroskopické zobrazení reálných vzorků v některých případech obsahuje koherenční víry, které jednak znesnadňují navázání obrazové fáze, jednak přinášejí určitou informaci o zobrazovaném objektu. Cílem práce bude teoreticky objasnit vznik koherenčních vírů v holografickém zobrazení a najít korektní způsob zpracování obrazu s koherenčními víry - zejména korektního navázání fáze - s ohledem na co nejvyšší věrnost zobrazení.
Aplikace plazmonových polaritonů v nanofotonice: - příprava plazmonických nanostruktur (např. nanoantén) a výzkum jejich vlivu na lokální zesílení elmg. pole - aplikace plazmonických nanostruktur pro lokální vybuzení fotoluminesce nebo zvýšení účinnosti fotočlánků.
Výzkum vlivu magnetického pole na šíření povrchových plazmonových polaritonů. Využití tohoto jevu v oblasti sensorů a detektorů.
Holografická mikroskopie umožňuje pozorování živých buněk s kvantitativním fázovým kontrastem. Naměřené hodnoty fáze jsou úměrny hustotě buněčné hmoty za sucha. Časosběrné série fázových zobrazení buňky jsou proto rovněž záznamem dynamiky buněčné hmoty. Cílem práce je nalézt metody identifikace důležitých dějů probíhajících zejména v živé buňce prostřednictvím matematického vyhodnocení časové změny distribuce kvantitativní fáze.
Školitel: Petráček Jiří, prof. RNDr., Dr.
Předmětem výzkumu bude teoretický rozbor metod pro určování hodnoty indexu lomu prostředí vzduchu, kde probíhají přesná měření délky pomocí laserových interferometrů. Konkrétně se práce zaměří na techniky převodu změny délky optické trasy vzniklé díky změně hodnoty indexu lomu daného prostředí na parametry femtosekundového laseru, což je opakovací frekvence pulsů a ofsetová frekvence spektrálních čar těchto pulsů. Práce bude také zaměřena na rozvoj detekčních technik pro určování středu interferenčního proužku, který vzniká při interferenci dvou pulsů. Proběhne i rozbor a testy stabilizačních technik zmíněných parametrů pulsních laserů na tento střed proužků. Metody a vlastní postupy budou experimentálně otestovány na laserových systémech, které jsou nyní k dispozici v ÚPT AV ČR v Brně. Zejména se bude jednat o využití femtosekundových syntezátorů pracujících na vlnové délce 1550 nm.
Školitel: Číp Ondřej, Ing., Ph.D.
- maticová metoda výpočtu elektronově optických systémů - započtení vad seřízení a vad pátého řádu - implementace metody diferenciálních algeber pro výpočet koeficientů vad libovolného řádu
Školitel: Lencová Bohumila, 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).
Školitel: Dub Petr, prof. RNDr., CSc.
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.
Vývoj a optimalizace algoritmů pro ladění vlnové délky Ramanovského laseru vedoucí k automatickému odstranění nežádoucí fluorescence ve spektrech. Především zaměření na určitou část spektra s využitím synchronní demodulace. Propojení systému a jeho návaznost na rychlé systémy určené pro Ramanovskou spektroskopii, které mohou být využity pro medicínské a biologické aplikace ve spojení s napojením systému na vláknovou sondu. Experimentální ověření navržené metodiky.
Školitel: Zemánek Pavel, prof. RNDr., Ph.D.
Student naváže na problematiku měření a kompenzace vlivu indexu lomu vzduchu v interferometrických dimenzionálních měřeních. Téma doktorské dizertační práce bude zahrnovat v širším smyslu obor interferometrie délkových měření se zaměřením na víceosé souřadnicové měřicí systémy. V rámci práce bude cílem návrh, realizace a vyhodnocení funkce interferometrických měřicích sestav pro různé měřicí konfigurace. Součástí práce bude též řešení souvisejících problémů, stabilizace frekvence laserových koherentních zdrojů záření pro interferometrii, měření a vyhodnocování interferenčního signálu a technologie výroby optických komponentů a soustav.
Školitel: Lazar Josef, prof. Ing., Dr.
Cílem disertační práce je instrumentální a metodologický vývoj v oblasti rastrovací elektronové mikroskopie a její aplikace v biomedicíně a senzitivních nanomateriálech. Nedílnou součásti práce je specifická příprava vzorků, a to jak chemická tak fyzikální (např. kryofixace, immunoznačení).
Školitel: Krzyžánek Vladislav, Ing., Ph.D.
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.
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.
Školitel: Pokluda Jaroslav, prof. RNDr., CSc.
- výzkum principů 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: Spousta Jiří, prof. RNDr., Ph.D.
- 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, grafén, aj.), - měření elektrických a magnetoelektrických transportních vlastností vytvořených struktur a součástek a jejich možné uplatnění.
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.
Vývoj prvků mikroskopu SPM a jeho aplikace v oblasti povrchů, tenkých vrstev a nanostruktur. Budou zkoumány možnosti zakomponování tohoto mikroskopu nebo jeho jednotlivých prvků do mikroskopu SEM nebo jiných mikroskopických technik.
- 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
Prostorový modulátor světla (PMS) umožňuje dynamicky a nestandardně modululovat světelnou vlnoplochu. Toho se využívá jednak při korekci vad vznikajících při zobrazování tlustých vzorků, či objektů v rozptylujících prostředích, jednak pro realizaci zcela nových zobrazovacích technik, jejichž příkladem je Fresnel incoherent correlation holography (FINCH) či spirální fázový kontrast. Cílem práce bude navrhnout a experimentálně ověřit nové techniky zobrazování pomocí PMS vhodné zejména pro světelnou mikroskopii.
Studijní plán oboru není zatím pro tento rok vygenerován.