Přístupnostní navigace
E-přihláška
Vyhledávání Vyhledat Zavřít
studijní program
Fakulta: CEITEC VUTZkratka: CEITEC-AMN-CZ-PAk. rok: 2023/2024
Typ studijního programu: doktorský
Kód studijního programu: P0588D110002
Udělovaný titul: Ph.D.
Jazyk výuky: čeština
Akreditace: 26.4.2021 - 26.4.2031
Forma studia
Prezenční studium
Standardní doba studia
4 roky
Garant programu
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D.
Oborová rada
Předseda :prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D.Místopředseda :prof. Ing. Radimír Vrba, CSc.Člen interní :prof. RNDr. Josef Jančář, CSc.prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc.doc. Ing. Miroslav Kolíbal, Ph.D.prof. RNDr. Karel Maca, Dr.Člen externí :prof. RNDr. Ludvík Kunz, CSc.prof. RNDr. Václav Holý, CSc.prof. RNDr. Jiří Pinkas, Ph.D.
Oblasti vzdělávání
Cíle studia
Cílem studia v navrhovaném doktorském studijním programu je výchova odborníků vzdělaných na mezinárodní úrovni v oblasti pokročilých materiálů a nanověd s hlubokým víceoborovým základem z oblastí fyziky, chemie a materiálových věd, pokročilými dovednostmi v technologické oblasti a s přesahem do věd o živé přírodě. Tito odborníci budou připraveni k samostatné tvůrčí vědecké a výzkumné práci v akademické i aplikační sféře kdekoli v tuzemsku i zahraničí. Cílů studia se dosahuje vlastní tvůrčí vědeckou a výzkumnou činností doktorandů vedenou vědeckými pracovníky s mezinárodním kreditem na školicích pracovištích zapojených do uskutečňování programu s využitím výzkumné infrastruktury na světové úrovni. Tato tvůrčí činnost odpovídá výzkumným směrům rozvíjeným v rámci mezinárodních i národních výzkumných projektů v následujících hlavních oblastech: pokročilé nano- a mikro-technologie, pokročilé bio-nano- a bio-mikro-technologie, kvantové technologie a pokročilé materiály a bio-materiály.
Profil absolventa
Absolvent studia má odborné znalosti a dovednosti pro vlastní tvůrčí vědeckou a výzkumnou činnost v oblastech výzkumných aktivit školicích pracovišť. Jde zejména o následující oblasti: ab initio výpočty, příprava a charakterizace pokročilých keramických a polymerních materiálů, kompozitů a biomateriálů, pokročilých nízkodimenzionálních materiálů, nanostruktur vhodných pro nanoelektronické a nanofotonické aplikace, struktur pro nanomagnetismus a spintroniku, molekulárních nanostruktur na površích, epitaxních materiálů a nanostruktur, pokročilé metody charakterizace, analýzy a metrologie nanomateriálů a nanostruktur, magneto-optická a terahertzová spektroskopie, chytré nanonástroje pro materiálové vědy i biomedicínu, experimentální biofotonika, kybernetika pro materiálové vědy, jakož i příslušné aplikace v energetice budoucnosti, elektronice, medicíně a biologii a dalších oblastech. Tyto znalosti, dovednosti a kompetence spočívají na teoretickém víceoborovém základu z oblastí fyziky, chemie a materiálových věd včetně multioborových přesahů. Vysoká úroveň získaných znalostí a dovedností je založena na personálním a laboratorním zázemí světové úrovně poskytovaném školicími pracovišti – vysokoškolským ústavem CEITEC VUT a Ústavem fyziky materiálů AV ČR, pracovním kontaktem s řadou hostujících profesorů, výzkumnou infrastrukturou CEITEC Nano, účastí ve významných vědeckých projektech a spoluprací s významnými zahraničními vědeckými i aplikačními pracovišti. Je rovněž vyžadována minimálně tříměsíční stáž studenta na zahraničním vědeckovýzkumném pracovišti. Absolvent je tím připraven komunikovat i publikovat svou práci v angličtině na mezinárodním fóru. Během studia si teoreticky i prakticky osvojí rovněž další významné aspekty vědecké práce – etická témata, praxi financování vědy a vedení výzkumu a další dovednosti z oblasti soft skills. Díky tomuto souhrnu odborných i měkkých dovedností naleznou absolventi programu uplatnění ve vědě a výzkumu na tuzemských i zahraničních akademických a výzkumných institucích, a rovněž v high-tech společnostech na pozicích vedoucích týmů, výzkumníků, vývojových pracovníků, konstruktérů a programátorů.
Charakteristika profesí
Vzhledem ke kvalitě školitelů na CEITEC VUT, mezi něž patří i tři držitelé ERC, koordinátoři mezinárodních grantů, jeden z nejcitovanějších chemiků světa (M. Pumera) a řada dalších citovaných kvalitních školitelů jako garantů odborných kompetencí studentů jsou absolventi výborně připraveni k uplatnění ve vědě a výzkumu na tuzemských i zahraničních akademických a výzkumných institucích, a rovněž v high-tech společnostech na pozicích vedoucích týmů, výzkumníků, vývojových pracovníků, konstruktérů a programátorů.
Podmínky splnění
Studentům jsou doporučeny následující studijní předměty: DS112 - Ab initio predikce mechanických a magnetických vlastností pevných látek DS101 - Anorganická materiálová chemie DS202 - Biokeramické materiály a biokompozity DS102 - Diagnostika a měření funkčních vlastností nanostruktur DS103 - Experimentální biofotonika FDAD18 - Fyzika detekce a detektory DS104 - Fyzikální základy deformace pevných látek DS105 - Greenovy funkce v moderní fyzice kondenzovaných látek DS215 - Kapitoly z pokročilých nekovových materiálů DS204 - Koloidy, povrchy a katalýza DS114 - Laserová spektroskopie DS106 - Mikro- a nano-počítačová tomografie DS207 - Mikromechanika deformace a lomu pokročilých materiálů DS107 - Mikrotechnologie DS108 - Nanofotonika DS208 - Neoxidová keramika DS216 - Pokročilá lomová mechanika DS116A - Pokročilá témata v nanotechnologiích DS201A - Pokročilé kapitoly z fyziky polymerů DS210 - Pokročilé syntézy nanočásticových keramických materiálů DS211A - Polymery v medicíně DS113 - Principy nanověd a nanotechnologií F6530 - Spektroskopické metody DS213 - Technologie pokročilé keramiky DS129A - Úvod do molekulárního magnetismu DS115A - Vědy o površích DS214 - Vysokoteplotní procesy v anorganických materiálech kurzy měkkých dovedností: DS446 - Friday CEITEC BUT seminar S4002 - Zákon, etika a filozofie vědy jazykový kurz: DS444 - Akademická angličtina pro doktorské studium Studijní povinnosti: 1. Na začátku každého akademického roku v termínu stanoveném ředitelem CEITEC VUT se koná hodnocení studia doktorandů v souladu s čl. 35 Studijního a zkušebního řádu VUT: - Školitel písemně hodnotí plnění studijních povinností doktoranda na základě zprávy o výsledcích činnosti, kterou písemně vypracovává doktorand. - Doktorand dále veřejně referuje o svém studiu, výsledcích řešení tvůrčích úkolů a o přípravě disertační práce před komisí tvořenou ředitelem CEITEC VUT, předsedou oborové rady, příslušným koordinátorem vědeckého programu, příslušným vedoucím výzkumné skupiny a školitelem, případně jimi stanovenými zástupci. Komise na základě předložených písemných materiálů, doktorandovy prezentace a následné diskuse posoudí výsledky dosavadního studia a soulad s individuálním studijním plánem a případně navrhne úpravy výše stipendia. - Hodnocení doktoranda je projednáno oborovou radou a podepsáno ředitelem CEITEC VUT do konce kalendářního roku. O výsledku je informován doktorand, školitel a vedoucí výzkumné skupiny. 2. Podmínky pro postup do vyššího ročníku studia jsou následující: - pro postup do druhého ročníku je nutno do konce prvního roku studia úspěšně ukončit alespoň dva předměty zapsané v individuálním studijním plánu (do tohoto minima se započítávají pouze odborné předměty, nikoli předměty měkkých dovedností, kurz anglického jazyka apod.), - pro postup do třetího ročníku je nutno do konce druhého roku studia úspěšně ukončit všechny zapsané předměty a přihlásit se ke státní doktorské zkoušce, - pro postup do čtvrtého ročníku studia je třeba do konce třetího roku studia úspěšně složit státní doktorkou zkoušku a dosáhnout výsledků tvůrčí (vědecké a odborné) činnosti publikovaných či přijatých k publikaci ve významném časopise. Nejsou-li tyto podmínky splněny, projedná oborová rada návrh na ukončení studia doktoranda (čl. 35 odst. 4 studijního řádu). Pokud oborová rada doporučí studium ukončit (také dojde-li k neplnění požadavků podle čl. 50 Studijního a zkušebního řádu VUT) ředitel CEITEC VUT o ukončení studia rozhodne. O výjimkách rozhoduje s přihlédnutím ke stanovisku oborové rady a školitele ředitel CEITEC VUT, a to na základě zdůvodněné žádosti doktoranda. 4. Doktorandi v prezenční i kombinované formě studia se zapisují do dalšího roku studia na studijním oddělení v prvním týdnu měsíce září. Od pátého roku studia včetně je studium možné pouze v kombinované formě. Individuální studijní plán: Určuje průběh studia doktoranda ve studijním programu a obsahuje zejména: - identifikační údaje doktoranda a studijního programu, - obsahové zaměření jeho samostatné vědecké, výzkumné, vývojové činnosti a jeho vlastní vzdělávací činnosti s ohledem na téma disertační práce, - přehled studijních předmětů, které je doktorand povinen absolvovat, - popis předpokládané účasti na speciálních kurzech, letních školách, přednáškách apod., - popis náplně pedagogické praxe, - předpokládané místo studijního pobytu v zahraničí, - časové rozvržení studia (termíny ukončení předmětů, termín přihlášení ke státní doktorské zkoušce a jejího složení, termín odevzdání disertace). Studijní předměty: Doktorand po dohodě se školitelem a podle jeho pokynů zpravidla zapisuje alespoň: - dva studijní předměty z obecného teoretického základu oboru disertační práce a další dva studijní předměty související s tématem disertační práce (s ohledem na stávající znalosti doktoranda tak, aby se jeho obecné znalosti rozšířily a jeho orientace v oblastech výzkumu prohloubila). - jeden předmět měkkých dovedností a odborných znalostí (v prvním ročníku povinně předmět „Friday CEITEC BUT seminar“, který dává doktorandovi potřebné vstupní znalosti a dovednosti ke studiu), - pokročilý kurz akademické angličtiny na úrovni B2-C1 Přednostně se přitom volí předměty obsažené v této akreditační žádosti (viz seznam doporučených předmětů výše), poté lze (po dohodě s příslušným garantujícím pracovištěm) zvolit i studijní předměty z analogické nabídky některé fakulty VUT či jiné univerzity v ČR nebo v zahraničí. V odůvodněných případech lze zapsat maximálně jeden předmět magisterského studia. V případě studia uskutečňovaného v angličtině si doktorand zapisuje pokročilý kurz českého jazyka. Minimální počet zapsaných předmětů včetně cizího jazyka je šest. Studijní předměty se zapisují v takové časové struktuře, aby vznikl dobrý předpoklad splnění studijních povinností. Nabídka studijních předmětů je doplňována přednáškami významných českých a zahraničních odborníků v rámci pravidelně pořádaných seminářů. Státní doktorská zkouška: Doktorand se může přihlásit ke státní doktorské zkoušce poté, co úspěšně ukončí studium všech předmětů zapsaných v individuálním studijním plánu. Přihlašuje se tím, že platným způsobem odevzdá pojednání ke státní doktorské zkoušce podle čl. 38 Studijního a zkušebního řádu VUT. Toto pojednání obsahuje zejména kriticky zhodnocený stav poznání v oblasti disertační práce, vymezení jejích cílů, přehled dosavadních výsledků práce a charakteristiku metod řešení zvolených pro dosažení zbývajících cílů. Pověřený člen zkušební komise připraví stanovisko k tomuto pojednání. U státní doktorské zkoušky doktorand prokazuje znalosti v oboru disertační práce a ve studijní oblasti (s ohledem na absolvované studijní předměty). Součástí státní doktorské zkoušky je rovněž diskuse související s tématem disertační práce, o stavu rozpracovanosti disertace, již dosažených výsledcích práce a metodice práce. Obhajoba disertační práce: Doktorand se může přihlásit k obhajobě disertační práce po vykonání státní doktorské zkoušky a poté, co byly výsledky jeho práce publikovány (případně přijaty k publikaci) alespoň v 1 článku v mezinárodním časopise s impaktním faktorem, přičemž publikace se musí týkat tématu disertační práce a doktorand musí být autorem s prokazatelně významným přínosem (např. autor teoretické části publikace).
Vytváření studijních plánů
Pravidla a podmínky pro tvorbu studijních programů určují: ŘÁD STUDIJNÍCH PROGRAMŮ VUT https://www.vutbr.cz/uredni-deska/vnitrni-predpisy-a-dokumenty/vnitrni-predpisy-vut-rad-studijnich-programu-vut-d146765 STANDARDY STUDIJNÍCH PROGRAMŮ VUT – Směrnice č. 69/2017 https://www.vutbr.cz/uredni-deska/vnitrni-predpisy-a-dokumenty/smernice-69-2017-standardy-studijnich-programu-vut-d154567 STUDIJNÍ A ZKUŠEBNÍ ŘÁD VUT https://www.vutbr.cz/uredni-deska/vnitrni-predpisy-a-dokumenty/archiv-vnitrni-predpisy-vut-studijni-a-zkusebni-rad-vut-d149085 SMĚRNICE REKTORA Č. 66/2017 Pravidla pro organizaci studia na Středoevropském technologickém institutu VUT (doplněk Studijního a zkušebního řádu VUT v Brně) https://www.vutbr.cz/uredni-deska/vnitrni-predpisy-a-dokumenty/smernice-c-66-2017-pravidla-pro-organizaci-studia-na-stredoevropskem-technologickem-institutu-vut-d153408 SMĚRNICE ŘEDITELE STI VUT v BRNĚ Jednací řád oborové rady doktorského studijního programu Návrh směrnice je v příloze žádosti o akreditaci. Směrnice platná pro současný studijní program uskutečňovaný ve spolupráci s MU v Brně je zde: https://www.ceitec.cz/jednaci-rad-oborove-rady-pdf/f34897 Studium v DSP se neuskutečňuje v kreditovém systému. Klasifikační stupně jsou „prospěl“, „neprospěl“. Studium se řídí individuálním studijním plánem: 1. Individuální studijní plán zpracovává na začátku doktorského studia doktorand společně se školitelem v informačním systému Apollo. Individuální studijní plán schválený studentem, školitelem a vedoucím příslušné výzkumné skupiny (případně vedoucím školicího pracoviště) je prostřednictvím studijního oddělení předložen nejpozději do 30 dnů ode dne zápisu studenta ke studiu řediteli CEITEC VUT, který jej po projednání v oborové radě schvaluje. Celá schvalovací procedura musí být ukončena do 80 dnů od zahájení studia. O jejím výsledku je doktorand i školitel informován. Originál individuálního studijního plánu archivuje studijní oddělení, kopii na vyžádání obdrží doktorand a jeho školitel. 2. Tento studijní plán obsahuje zejména: identifikační údaje doktoranda a studijního programu, obsahové zaměření jeho samostatné vědecké, výzkumné, vývojové činnosti a jeho vlastní vzdělávací činnosti s ohledem na téma disertační práce, přehled studijních předmětů, které je doktorand povinen absolvovat, popis předpokládané účasti na speciálních kurzech, letních školách, přednáškách apod., popis náplně pedagogické praxe, předpokládané místo studijního pobytu v zahraničí, časové rozvržení studia (termíny ukončení předmětů, termín přihlášení ke státní doktorské zkoušce a jejího složení, termín odevzdání disertace). 3. Studijní předměty si doktorand volí po dohodě se školitelem a s ohledem na vybrané téma studia a jeho oborové začlenění zejména z nabídky studijních předmětů akreditovaného doktorského studijního programu. Po dohodě s příslušným garantujícím pracovištěm lze zvolit i studijní předměty z analogické nabídky některé fakulty VUT či jiné univerzity v ČR nebo v zahraničí. V odůvodněných případech lze zapsat maximálně jeden předmět magisterského studia. Doktorand zpravidla zapisuje dva studijní předměty z obecného teoretického základu oboru disertační práce, dva studijní předměty související s tématem disertační práce, jeden předmět měkkých dovedností a odborných znalostí a pokročilý kurz akademické angličtiny. Minimální počet zapsaných předmětů včetně cizího jazyka je šest. 4. Termíny zkoušek je třeba stanovit s ohledem na podmínky postupu do vyšších ročníků: nejméně dvě zkoušky ze studijních předmětů je nutno složit během prvního roku studia (do tohoto minima se započítávají pouze odborné předměty, nikoli předměty měkkých dovedností, kurz anglického jazyka apod.), zkoušky ze všech studijních předmětů je nutno složit a ke státní zkoušce se přihlásit během druhého roku studia, státní doktorskou zkoušku je třeba úspěšně složit během třetího roku studia. 5. Výuka studijních předmětů obvykle probíhá formou konzultací. Pokud si studijní předmět zapíše pět a více studentů, doporučuje se uskutečňovat výuku formou přednášek. V tomto případě výuka probíhá obvykle v rozsahu dvou výukových hodin (2x 50 minut) týdně po dobu deseti týdnů dle „Časového plánu výuky“ příslušného akademického roku. 6. Součástí individuálního studijního plánu doktoranda v prezenční formě studia je pedagogická praxe, která probíhá pod vedením školitele nebo jiného zkušeného pedagoga školicího pracoviště a která slouží k upevnění znalostí doktoranda a k rozvoji jeho prezentačních schopností. Pedagogická praxe se zpravidla uskutečňuje po dobu 4 semestrů v rozsahu průměrně 4 hodiny týdně. 7. Výjimky z výše uvedených zásad pro sestavení individuálního studijního plánu jsou možné v odůvodněných případech.
Návaznost na další typy studijních programů
Studijní program představuje nejvyšší stupeň vzdělávání v oblasti překryvu fyziky, chemie, materiálového inženýrství a nanověd a jejich aplikací. Proto navazuje zejména na akademicky zaměřené navazující magisterské studijní programy „Chemie, technologie a vlastnosti materiálů“, „Chemie pro medicínské aplikace“, „Fyzikální inženýrství a nanotechnologie“ a „Biomedicínské inženýrství a bioinformatika“ a na studijní obor „Materiálové inženýrství“ navazujícího magisterského studijního programu „Aplikované vědy v inženýrství", které jsou uskutečňovány na fakultách VUT.
Vypsaná témata doktorského studijního programu
Vodík je velmi perspektivním a ekologickým palivem, které může přinést významné ekonomické a environmentální výhody. Hlavní překážkou pro budoucnost vodíkové technologie je však bezpečné a efektivní ukládání vodíku (HS). Ukazuje se, že jedno z možných řešení tohoto problému je HS v pevné fázi kovových materiálů (HSM). Avšak dosud zkoumané HSM nemají vlastnosti vhodné pro ukládání vodíku při nízkých teplotách a tlacích vyžadovaných pro technické aplikace. Pro zvýšení potenciálu HS pro reálné technické aplikace je rozhodující snížení termodynamické stability hydridické fáze. Jedním z možných způsobů ovlivnění termodynamické stability je cílená modifikace fázového a chemického složení výchozího HSM. Hlavní náplní tohoto tématu je experimentální studium HS vlastností modelových Mg slitin v různých stavech struktury od kriticky ochlazených nebo amorfních stavů ke krystalicky uspořádaným strukturám. Tyto materiály by mohly dosáhnout požadovaných HS vlastností i při nižších teplotách a tlacích. Výsledky by mohly ukázat nový směr vývoje nových HSM.
Školitel: Král Lubomír, Ing., Ph.D.
Toto doktorské téma bude studovat vlastnosti vzájemně se vzájemně se prolínající fázové kompozity kov/kov, kov/keramika a polymer/keramika s širokým rozsahem použití včetně opravy kostí. Cílem je prozkoumat aditivní výrobu pro kontrolu frakce, topologie a následně vlastností nových kompozitů. Výzkum zahrnuje návrh nových kompozitních topologií, aditivní výrobu a konsolidaci kompozitů, charakterizaci struktury a mechanického výkonu a zkoumání numerických modelů pro predikci mechanické odezvy. Během studia bude mít uchazeč příležitost učit se a pracovat od syntézy až po charakterizaci materiálů. Vysoce motivovaní a spolupracující kandidáti s vynikajícími výsledky a ambicí učit se jak z materiálů, tak z biologických věd jsou vítáni k podání přihlášky.
Školitel: Montufar Jimenez Edgar Benjamin, M.Sc., Ph.D.
Toto doktorské téma se zabývá vytlačováním materiálu a polymerací kádě pro aditivní výrobu titanových porézních struktur s aplikacemi, jako jsou lešení pro tkáňové inženýrství, kostní implantáty a katalytické podpory. Výzkum zahrnuje vývoj nových titanových přípravků pro použití v aditivní výrobě, optimalizaci topologie, slinování a charakterizaci mechanického, chemického a biologického výkonu. Během studia bude mít uchazeč příležitost učit se a pracovat od syntézy až po charakterizaci materiálů. Vysoce motivovaní a spolupracující kandidáti s vynikajícími výsledky a ambicí učit se jak z materiálů, tak z biologických věd jsou vítáni k podání přihlášky.
Recyklace a výroba plastů v současné době dosahuje svého vrcholu. Zároveň dnešní legislativa vyžaduje rychlý proces zpracování bez přítomnosti toxických kovů. Zejména nyní hledá plastikářský průmysl nová řešení v oblasti analytické chemie s dostatečnou a rychlou materiálovou analýzou. Spektroskopie laserem buzeného plazmatu je intenzivně využívána v mnohých odvětvích průmyslu. Pro svou odolnost a přístrojovou variabilnost je tato metoda předurčena pro přímou implementaci do výrobních procesů a dokonce i pro zařazení do výrobních linek. Cílem této práce je návrh zařízení LIBS, metodologie pro klasifikaci jednotlivých materiálů z plastů a zejména pro detekci toxických látek
Školitel: Kaiser Jozef, prof. Ing., Ph.D.
Téma se zaměřuje na optimalizaci kvantitativní analýzy chování buněk s vysokou přesností pro měření reakcí buněk na experimentální léčbu s aplikacemi ve výzkumu rakoviny. Téma zahrnuje buněčnou kulturu, přípravu vzorků pro mikroskopii, časosběrnou akvizici, zpracování obrazu, analýzu dat a interpretaci. Požadavky: znalost základů optiky, buněčné biologie, mikroskopie, programování, schopnost pracovat samostatně i v týmu a vysoká motivace.
Školitel: Zicha Daniel, Ing., CSc.
V rámci této disertační práce budou vyráběna zařízení na bázi mikro-elektromechanických systémů (MEMS) kombinací elektronové litografie (EBL) a hlubokého leptání umožňujících vysoký stupeň přesnosti a kontroly. Zařízení budou zaměřena na senzory, aktuátory a mikrofluidní cely, např. snímače tlaku, napětí a průtoku. Zařízení budou funkčně testována a současně nebo zvláště charakterizována pokročilými analytickými technikami: rastrovací sondovou mikroskopií (SPM), rastrovací elektronovou mikroskopií (SEM), Ramanovou spektroskopií a transportními měřeními. Konkrétní zařízení budou specifikována s ohledem na projekty řešené ve spolupráci s firmou Thermofisher a s ohledem na jejich přínos v oblasti základního výzkumu a jejich publikační dopad.
Školitel: Bartošík Miroslav, doc. Ing., Ph.D.
Práce bude zaměřena na aplikaci expandovaného grafitu (EG) do kaučukových matric s cílem modifikace mechanických a elektrických vlastností připravených vulkanizátů. Sledována bude morfologie a interakce EG s kaučukovou matricí, elektrické vlastnosti (vodivost, EMS), reologické vlastnosti, tribologické a mechanické vlastnosti s využitím teoretického modelu pro popis Youngova modulu pružnosti a perkolační teorie k popisu elektrické vodivosti připravených vulkanizátů. Využití výsledků lze předpokládat pro technické pryže s vysokou odolností proti otěru, se zvýšenou elektrickou vodivostí, pro stínění elektromagnetického záření a disipaci elektrického náboje.
Školitel: Kučera František, Mgr., Ph.D.
V rámci tohoto projektu bude PhD student studovat aplikace tvarovaných svazků v elektronové mikroskopii a spektroskopii. Student se zaměří na rychlé a nepoškozující zobrazování a spektroskopii, měření nízkoenergiových excitací za hranicí obvyklých výběrových pravidel, a na studium optického dichroismu; to vše až na atomární úrovni.
Školitel: Konečná Andrea, doc. Ing., Ph.D.
Rozptylové vlastnosti kovových a polovodičových/dielektrických nanostruktur s vysokým indexem lomu tvoří základ současných optických metapovrchů. Tyto vlastnosti jsou založeny na plasmonických nebo Mieho rezonancích (daných zejména geometrickými rozměry elementů metapovrchů), jež umožňují silnou interakci a přímé řízení fáze a amplitudy rozptýleného záření. Optická odezva takových nanostruktur má zpravidla jednoduchou lineární podobu a je obtížně měnitelná externími stimuly. V důsledku toho je možné použít pro predikci a optimalizaci jejich funkce standardní programy řešící Maxwellovy rovnice. Naproti tomu, 2D materiály tvořené atomárně tenkými vrstvami svázanými van der Waalsovými (vdW) silami vykazují velkou paletu kvantových, kolektivních, topologických, nelineárních a ultrarychlých odezev. Tyto materiály tak otevírají nové možnosti v oblasti metapovrchů. PhD téma se zaměřuje na výzkum a aplikaci fyzikálních principů dotýkajících se styčné oblasti metapovrchů a vdW materiálů. Jako výchozí bod se zaměří na otázku modifikace vlastností 2D vdW materiálů (např. TMDCs) pomocí jejich strukturování s rozměry pod vlnovými délkami pro vytvoření atomárně tenkých metapovrchů. Následně bude zkoumat možnosti dynamického formování svazků pomocí optických prvků založených na 2D metapovrších a umožňujících nové funkční vlastnosti, které nelze dosáhnout objemovými optickými prvky nebo „klasickými“ plazmonickými nebo dielektrickými metapovrchy. References: [1] J. van de Groep et al., Exciton resonance tuning of an atomically thin lens, Nature Photonics 14, 426–430 (2020).
Školitel: Šikola Tomáš, prof. RNDr., CSc.
Existuje velký zájem o miniaturizaci zařízení s bioelektronickými implantáty, např. zařízení pro neurostimulaci nebo dávkování léků. Nejdůležitějším aspektem je efektivní bezdrátové napájení a přenos dat. Většina metod se spoléhá na elektromagnetickou indukci, ale ta je omezená geometrickými limity a nízkou účinností. Naší alternativou je využití optického přenosu energie/dat pomocí LED světelných zdrojů a fotovoltaických přijímačů. Tento přístup je umožněný použitím vlnové délky pronikající tkání v hluboce červené a infračervené oblasti spektra. Tato práce bude zahrnovat experimenty s napájením biomedicínských implantátů a zahrnuje práci se zvířecími modely. Využito bude i počítačové modelování. Tato práce je sponzorována společností Opto Biosystems Ltd. a předpokládá se úzká spolupráce zaměřená ke klinickým aplikacím.
Školitel: Glowacki Eric Daniel, doc., Ph.D.
Práce bude zaměřena na výzkum biodegradovatelných polymerních materiálů na bázi termoplastického škrobu (TPS), polymerních směsí s TPS a kompozitů TPS vyztužených levnými přírodními materiály vznikajícími v potravinářském průmyslu jako vedlejší produkty. Cílem bude najít vhodné složení termoplastický škrob/biodegradabilní matrice a plnivo z hlediska mechanických vlastností, zpracovatelnosti, biodegradovatelnosti, voděodolnosti apod. Charakterizace reologických vlastností různě modifikovaných polymerních směsí by měla umožnit optimalizaci materiálových vlastností pro vybrané zpracovatelské technologie a otestování materiálu pro využití v jednorázových aplikacích dle aktuální legislativy v ČR a EU.
Spinové vlny v THz oblasti přitahují stále větší pozornost v důsledku vysoké grupové rychlosti magnonů (strmá disperzní křivka) a jsou tak atraktivní pro návrh ultrarychlých spintronických zařízení [1]. Pro tyto účely mohou být použity antiferomagnetické materiály jako ortoferity kovů vzácných zemin (RFeO3), které mají zvlášt vysokou (THz) frekvenci spinové rezoznance [2] [3]. Nicméně, v důskedku nedostatku účinných zdrojů a detektorů v této frekvenční oblasti je fyzika THz magnonů nedostatečně zkoumána. Navrhované mezioborové PhD studium kombinující fotoniku a magnetismus se soustřeďuje na buzení a detekci THz spinových vln pomocí blízkých elektromagnetických polí zesílených plazmonickými rezonančními strukturami – anténami. To přináši nové podněty do dané oblasti. Antény budou vyrobeny na površích substrátů, ideálně na páscích nebo magnonických krystalech připravených z RFeO3 tenkých vrstev (např. TmFeO3) pomocí EBL/FIB v CEITECu. Poté budou magnony šířící se podél těchto struktur analyzovány pomocí mikro-spektrofotometru využívajícího Brillouinova světelného rozptylu (BLS) [4] metodou publikovanou v [5] a úspěšně ověřenou v CEITECu [6]. Dále, pro rozšíření detekční oblasti Brillouinovy zóny budou rovněž použity plazmonické rezonanční struktury zajišťující v oblastech zesíleného blízkého pole (tzv. “hot spots”) složky s vysokou hodnostou vlnového vektoru k [7]. V této PhD práci by měly být za účelem buzení a detekce magnonů optimalizovány plazmonické rezonanční struktury a dále laděny disperzní relace pomocí tvaru, rozměrů a periodicity pásků/magnonických krystalů, jakož i vnějšího magnetického pole. Jako podpůrné měření může být pro testování disperzních křivek magnonových polaritonů tenkých vrstev použita THz spektroskopie v časové doméně [3].
Plastové materiály intenzivně znečišťují naše prostředí. Začlenění do potravinového řetězce ve formě mikroplastů ovlivňují jednotlivé bioorganismy. Z toho důvodu musí být jejich toxicita a dopad na živé organismy náležitě studovány. Tématem této diplomové práce je nalezení intergrativního přístupu při studiu vlivu mikroplastů probíhající ve vodním prostředí. Hlavním cílem je vypracovat metodologii pro analýzu mikroplastů akumulovaných ve vodních organismech, tak aby bylo možné porozumět jejich nepříznivým důsledkům.
PhD studium bude zaměřeno na řešení komplexních problémů souvisejících s vývojem UV detektorů na základě GaN(Ga)/grafenových nanostruktur. Úvodní část studia bude zaměřena na přípravu Ga a GaN nanostruktur na polykrystalickém i monokrystalickém grafenu nízkoteplotní depoziční metodou. Nízkoteplotní růst nanokrystalů GaN bude realizován v UHV prostředí kombinací PVD technologií, jako je depozice atomů Ga a post-nitridace iontovým svazkem o nízké energií (50 eV) za použití unikátního zdroje iontově-atomárních svazků [1]. Růst GaN bude realizován při mnohem nižších teplotách (T <250 ° C) než u konvenčních technologií (např. MOCVD, 1000 °C). Následně bude studován vztah mezi parametry/funkčními vlastnostmi nanostruktur Ga a GaN a depozičními podmínkami. Komplexní charakterizace nanostruktur Ga (GaN) / grafenu bude prováděna pomocí rastrovací elektronové mikroskopie (SEM), rastrovací sondové mikroskopie (AFM, EFM, SKFM), Ramanovy spektroskopie, fotoluminiscenční mikrospektroskopie atd. Na závěr bude studována elektrická odezva nanostruktur na UV záření pomocí FET-systémů využívajících tyto optimalizované nanostruktury jako fotocitlivé elementy. Reference: [1] J. Mach, P. Procházka, M. Bartošík, D. Nezval, J. Piastek, J. Hulva, V. Švarc, M. Konečný, and T. Šikola, Nanotechnology, Vol. 28, N. 41 (2017).
Pulsed Electron Paramagnetic Resonance (EPR) methods are intensively used to investigated structure and dynamics of complex macromolecules containing unpaired electrons. Among these methods Pulsed Electron-Electron Double Resonance (PELDOR) also known as Double Electron-Electron Resonance (DEER) has emerged as a powerful technique to determine relative orientation and distance between macromolecular structural units on nanometre scale. For successful applications of pulsed EPR methods it is important to have tools enabling transformation of measured signals into structural information. The goal of this PhD project is to develop new effective computational procedures and computer programs for the processing of measured pulsed EPR data in order to extract structural and dynamical information from experiments. This goal also includes application of the developed computational methods to real experimental data obtained on the molecules tagged with spin labels. For more details please contact Petr Neugebauer.
Školitel: Neugebauer Petr, doc. Dr. Ing., Ph.D.
Duálně-energiová počítačová tomografie je technika dříve primárně využívaná pouze na synchrotronových zařízeních. V poslední době je ale využívána v lékařských CT zařízeních a v současnosti je její potenciál testován i na laboratorních systémech s vysokým rozlišením. Tato technika využívá dvou energeticky rozdílných rentgenových spekter ke zkoumání a specifickému rozlišení jednotlivých tkání nebo materiálů dle jejich útlumových vlastností. Toto rozlišení je možné i pro materiály, které by nebylo možné oddělit v CT datech při využití standardního měření s jednou energií svazku. Výhodou metody duálně-energiové tomografie je možnost přesného oddělení a klasifikace různých materiálů. Navíc získané informace mohou být využity pro vytváření pseudo-monochromatických snímků, což vede k redukci tomografických artefaktů, např. tvrdnutí svazku. Cílem této práce bude použití a zkoumání možností této techniky na laboratorním CT zařízení se submikronovým rozlišením.
Projekt je zaměřen na výrobu vláken z polyvinylidenfluoridu (PVDF), atraktivního materiálu pro výrobu funkčních scaffoldů, metodou elektrospinového potahování. PVDF je vynikající piezoelektrický materiál s dobrou biokompatibilitou. Elektricky zvlákňované PVDF lešení může během mechanické deformace produkovat elektrické náboje, které mohou poskytnout nezbytnou stimulaci pro regeneraci tkáně. PhD kandidát bude pracovat na výrobě scaffoldů s náhodně orientovanými nebo jednoosově uspořádanými vlákny. Scaffoldy budou charakterizovány pomocí různých metod, jako je SEM, XPS, FTIR, XRD, kontaktní úhel. Hlavní část projektu bude zaměřena na stanovení piezoelektrických vlastností PVDF vláken a jejich potenciálního přínosu při použití těchto piezoaktivních materiálů v kapalném prostředí a jako součást hydrogelových struktur. Kromě toho bude provedena biologická charakterizace scaffoldů včetně testů životaschopnosti a detekce parametrů prokazujících elektromechanickou aktivaci buněk.
Školitel: Fohlerová Zdenka, doc. Mgr., Ph.D.
Uchazeč bude vyškolen v oblasti přeměny dusíku na amoniak, 3D tisku, syntézy, charakterizace a modifikace 2D materiálů. Kandidát se naučí používat různé technologie 3D tisku k dosažení požadovaného designu elektrokatalyzátoru. Naučí se připravovat vysoce výkonná zařízení. Supervisor je Highly Cited Researcher. Více na www.pumera.org, více info o skupině na www.energy.ceitec.cz . Součástí PhD je zaškolení na high tech přístroje, viz www.nano.ceitec.cz
Školitel: Pumera Martin, prof. RNDr., Ph.D.
Doktorské studium se zaměří na charakterizaci materiálů van der waalsovského typu a měření jejich funkčních vlastností. Bude se týkat zejména nových druhů těchto materiálů jako jsou ”MXeny“, jejich multivrstvy s TMD a rovněž i 2D perovskitů. Hlavním experimentálním nástrojem bude elektronová mikroskopie, především nově vyvinutý 4D STEM s fokusovaným iontovým zdrojem (FIB) pro přípravu a in situ analýzu lamel uvedených materiálů a rovněž HR (S)TEM pro získání informací na atomární úrovni. To zabezpečí zkoumání struktury (elektronová difrakce), kompozice (EDS, EELS) a vybraných funkčních vlastností (např. lokalizované povrchové polaritony a jejich vazba s excitony) těchto perspektivních materiálů.
Dizertační práce se bude zabývat vývojem elektronové pinzety, která umožňuje hýbat kapkami eutektických kapalin po povrchu polovodičů. Elektronová pinzeta využívá fokusovaného elektronového svazku a je již testována v mikroskopu UHV-SEM, vyvinutém ve spolupráci s firmou TESCAN. Během řízeného pohybu kapka obsahující zlato může například leptat či jinak modifikovat povrchu polovodičů (germania, křemíku). Disertační práce by se měla věnovat interakci různých eutektických kapek s různými substráty včetně 2D materiálů (grafen apod.). Součásti práce bude optimalizace tohoto procesu včetně jeho sledování v reálném čase pomocí UHV-SEM mikroskopu.
Školitel: Bábor Petr, Ing., Ph.D.
Zdroje elektronů využívané v elektronových mikroskopech generují svazek s rozdělením energií, jehož šířka je charakteristická pro daný zdroj. Nízký rozptyl energií je pro mikroskopické techniky výhodný, neboť zejména při nízkých hodnotách urychlovacího napětí je příspěvek chromatické vady významným faktorem limitujícím rozlišovací schopnost. Cílem dizertační práce bude návrh energiového filtru pro elektronový svazek, který umožní zúžení rozdělení energií v elektronovém svazku emitovaném z Schottkyho zdroje a jeho realizace ve spolupráci s firmou TESCAN.
Školitel: Zlámal Jakub, Ing., Ph.D.
Téma dizertační páce je zaměřeno na experimentální popis ternárních soustav La-Ni-M v celém koncentračním rozsahu při různých teplotách. Tyto slitiny jsou perspektivní materiály pro tvorbu hydridů fázi a jejich potenciální využití v oblasti hydrogen storage materials. Uchovávání vodíku v pevné fázi má vysoký aplikační potenciál v oblasti energetiky a dopravy. Vzorky slitin budou připraveny pomocí plazmové tavičky a následně dlouhodobě žíhány v ampulích z křemenného skla. Připravené vzorky budou charakterizovány pomocí kombinace statických a dynamických analytických metod, především skenovací elektronové mikroskopie SEM, rentgenové práškové difrakce XRD a termické analýzy DSC/DTA. Na základě získaných dat bude následně zkonstruován experimentální ternární fázový diagram. Z vybraných vzorků bude vytvořen prášek a bude testována jejich reaktivita s vodíkem a studována kinetika adsorpce a desorpce vodíku. Cílem teoretické části práce je modelování fázových rovnovah a fázových diagramů pomocí metody CALPHAD (Calculation of Phase Diagrams) implementované v programech Pandat a ThermoCalc. Výsledkem teoretické části práce bude predikovaný fázový diagram s co nejlepší shodou se získanými experimentálními a literárními daty. Vzorky slitin budou připraveny pomocí plazmové tavičky a následně dlouhodobě žíhány v ampulích z křemenného skla. Připravené vzorky budou charakterizovány pomocí kombinace statických a dynamických analytických metod, především skenovací elektronové mikroskopie SEM, rentgenové práškové difrakce XRD a termické analýzy DSC/DTA. Na základě získaných dat bude následně zkonstruován experimentální ternární fázový diagram. Z vybraných vzorků bude vytvořen prášek a bude testována jejich reaktivita s vodíkem a studována kinetika adsorpce a desorpce vodíku. Cílem teoretické části práce je modelování fázových rovnovah a fázových diagramů pomocí metody CALPHAD (Calculation of Phase Diagrams) implementované v programech Pandat a ThermoCalc. Výsledkem teoretické části práce bude predikovaný fázový diagram s co nejlepší shodou se získanými experimentálními a literárními daty.
Školitel: Zobač Ondřej, Mgr., Ph.D.
Vázané stavy v kontinuu (BIC - bound states in the continuum) představují teoreticky zajímavý způsob lokalizace pole, který odporuje konvenční představě předpokládající energie vázaných stavů pouze vně kontinua volných stavů. BIC nabízejí řadu zajímavých aplikací; např. ve fotonice BIC umožňují výrazně snížit nežádoucí radiační ztráty nových citlivých nanostruktur [1,2]. Projekt bude zaměřen na teoretickou analýzu a fyzikální pochopení činnosti fotonických vlnovodných struktur umožňujících šíření zvoleného typu BIC. Předpokládá se návrh a následný systematický výzkum struktur, která by měly být vlnovodnou obdobou mřížky zkoumané v práci [3] a podporovat tzv. symetrií chráněný BIC. Budou provedeny simulace a potvrzena existence předpokládaného BIC. V návaznosti bude zkoumáno chování tohoto stavu a optimalizovány parametry struktur s cílem dosáhnout požadovaných vlastností. [1] K. Koshelev, A. Bogdanov, and Y. Kivshar, “Engineering with Bound States in the Continuum,” Opt. Photonics News, vol. 31, no. 1, p. 38, 2020 [2] S. I. Azzam and A. V. Kildishev, “Photonic Bound States in the Continuum: From Basics to Applications,” Adv. Opt. Mater., vol. 9, no. 1, pp. 16–24, 2021 [3] Y. Plotnik et al., “Experimental observation of optical bound states in the continuum,” Phys. Rev. Lett., vol. 107, no. 18, pp. 28–31, 2011
Školitel: Petráček Jiří, prof. RNDr., Dr.
Generativní modely jsou modely strojového učení, které se používají k učení pravděpodobnostního rozdělení dat. Pokud je základní rozdělení správně popsáno, lze jej snadno vzorkovat a získat tak nová data nebo vypočítat (fyzikální) veličiny. V poslední době se objevilo mnoho nových architektur (např. pro generování z textu na obraz) s výjimečnými výkony. V souladu s tím existuje mnoho vědeckých aplikací od kosmologie až po systémy fyziky pevných látek. V této práci budeme zkoumat potenciál těchto modelů pro spektroskopická data. Důraz bude kladen na tzv. energy-based modely, které čerpají inspiraci z fyziky.
Vývoj moderních materiálů, zahrnující povlaky a vrstvy, vyžaduje nové a rozvíjející se trendy v oblasti analytické chemie. Ve srovnání s ostatními analytickými metodami umožňuje spektroskopie laserem buzeného plazmatu (LIBS) rozlišení jednotlivých vrstev na základě přesné hloubky ablačního kráteru. Přesný počet dopadů laserového svazku pro detekci hloubky se liší v závislosti na analyzovaném materiálu. Avšak závislost počtu laserových pulzů na hloubce ablačního kráteru není v odborné literatuře dosud popsána. Cílem této práce je nalézt a popsat ucelenou metodiku pro studium hloubkového profilování s využitím počítačové tomografie a standardních metalografických metod. Komplexní studie bude následně využita pro kalibraci LIBS analýzy. Výstupem se stane ucelená metodologie aplikovatelná napříč technickými odvětvími.
Nanočástice a nanočásticové systémy zaujímají mezi nanomateriály mimořádné postavení svým velkým množstvím různorodých využití v technice, biologii a medicíně, a patří mezi nejrychleji se rozvíjející nanotechnologické směry. Fyzikální a chemické vlastnosti nanočástic (nanometrické objemy materiálu) jsou zásadně ovlivnitelné jejich morfologií. S poklesem velikosti částic narůstá vliv volných povrchů, které mohou vstupovat do chemických reakcí (chemická katalýza), uplatňují se rozměrové jevy a vliv tvaru, které mění fyzikální chování (kvantové tečky, superparamagnetické a magnetické nanočástice). Téma navrhované dizertační práce je zaměřeno na strukturní a fázovou charakterizaci nanočástic a nanočásticových systémů metodami elektronové mikroskopie. Získané experimentální výsledky přispějí k pochopení vztahu mezi vlastnostmi a strukturou a budou využité pro optimalizaci přípravy těchto materiálů a jejich funkcionalizaci.
Školitel: Pizúrová Naděžda, RNDr., Ph.D.
Metoda rozptylu nízkoenergiových iontů (LEIS) je hojně používána při studiu složení povrchů pevných látek. Unikátní povrchová citlivost metody slouží pro prvkovou analýzu nejsvrchnější atomové vrstvy zkoumaného materiálu. Jde o nízkoenergiovou variantu slavných experimentů Rutherforda s rozptylem alfa částic na zlatých fóliích. Citlivost metody souvisí především s procesy výměny náboje mezi projektilem a atomy na povrchu vzorku. Pouze malá část projektilů opouští povrch vzorku v ionizovaném stavu. Tato iontová frakce je pro danou kombinaci projektilu a atomu charakteristická a míra neutralizace se vyjadřuje pomocí tzv. charakteristické rychlosti. Numerická hodnota charakteristické rychlosti je ovlivněna také chemickým uspořádáním povrchu vzorku. Tento projekt bude zkoumat výměny náboje mezi projektily He a Ne a různými povrchy a tenkými vrstvami. Primární kinetická energie projektilů bude volena v rozmezí 0.5 keV až 7.0 keV. Získané výsledky výrazným způsobem rozšíří aplikační možnosti kvantifikace pomocí metody LEIS. Experimenty budou prováděny na dedikovaném LEIS spektrometru s vysokým rozlišením Qtac100 (ION TOF GmbH) na Ceitec BUT a partnerských institucích (TU Wien, Imperial College London and Twente University. Pro ilustraci například: Highly Sensitive Detection of Surface and Intercalated Impurities in Graphene by LEIS. (By S. Prusa and H.H. Brongersma), https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.langmuir.5b01935.
Školitel: Průša Stanislav, doc. Ing., Ph.D.
V poslední době je roustoucí zájem o kombinaci magnetických materiálů s dvoudimenzionálními materiály jako např. grafen. Magnetické materiály interkalované mezi 2D materiály na pomocném substrátu mají potenciál se uspořádávat a mohou vést k modifikaci a kontrole jejich magnetických vlastností. Systém magnetického a 2D materiálu navíc může být monoliticky intergrován s ostatními zařízeními za účelem produkce nových a robustních elektrických vlastností. Cílem tohoto projektu je vyvinout a aplikovat strategii interkalace magnetických atomů či molekul do grafenu a dalších 2D materiálů. Struktury budou následně charakterizovány pomocí povrchově citlivých technik, vysokofrekvenční elektronové spinové rezonance a nukleární magnetické rezonance. Získané zkušenosti budou použity na vývoj předpovědních modelů pro systém magnetický interkalant + 2D materiál na substrátu. Tento projekt bude vypracován v mezinárodní spolupráci s US Naval Research Laboratory s možností výzkumu na zahraničním pracovišti.
Katalýza pomocí jednoatomárních katalyzátorů může výrazně zlevnit nové zelené technologie. Nicméně, jedna z překážek pro je jejich vývoj v tom, že vazebná geometrie jednotlivých atomů na funkčních katalyzátorech určuje poměrně složitě. V této Ph.D. práci se zaměříme na atomárně-rozlišené studie adsorpce na kovových atomech stabilizovaných organickými molekulami ve 2D metalo-organických sítích. Tyto sítě budou připraveny na grafenových substrátech, což nám umožní nezávisle studovat vliv vazebné geometrie a distribuce náboje mezi substrátem a sítí. Tyto vlivy budou experimentálně zkoumány pomocí zobrazovacích technik s atomárním rozlišením (rastrovací tunelovací mikroskopie), difrakčních technik (difrakce/mikroskopie nízkoenergetických elektronů) a spektroskopických technik (rentgenová/UV fotoemise). Experimentální výsledky budou interpretovány ve spolupráci s teoretickými fyziky, kteří budou provádět výpočetní simulace. Samotná reaktivita modelových katalyzátorů bude pak měřena ve spolupráci s partnery na TU Wien, primárně pomocí teplotně řízené desorpce a infračervené spektroskopie. Pro více informací, prosím, kontaktujte Jana Čechala nebo Zdeňka Jakuba.
Školitel: Čechal Jan, prof. Ing., Ph.D.
Uchazeč bude vyškolen v oblasti přeměny CO2 na vyšší alkoholy, 3D tisku, syntézy, charakterizace a modifikace 2D materiálů. Kandidát se naučí používat různé technologie 3D tisku k dosažení požadovaného designu elektrokatalyzátoru. Naučí se připravovat vysoce výkonná zařízení. Supervisor je Highly Cited Researcher. Více na www.pumera.org, více info o skupině na www.energy.ceitec.cz . Součástí PhD je zaškolení na high tech přístroje, viz www.nano.ceitec.cz
Navrhovaný PhD projekt je zaměřen na syntézu a charakterizaci magneticky aktivních komplexů přechodných kovů či lanthanoidů projevujících specifické magnetické jevy jakými jsou křížení spinových stavů, jednomolekulární či jednořetězový magnetismus. Takové koordinační sloučeniny vykazují magnetickou bi- nebo multistabilitu a v tomto smyslu jsou velmi atraktivní z hlediska aplikací. Možné technologické využití se nabízí na poli paměťových zařízení s vysokou hustotou zápisu, v displejích, spintronických zařízeních, kontrastních látkách pro zobrazování pomocí magnetické rezonance apod. PhD studium bude zaměřeno na pokročilou organickou a koordinační syntézu mononukleárních a polynukleárních komplexů přechodných kovů a lanthanoidů. Nově připravené sloučeniny budou charakterizovány pomocí analytických a spektrálních metod a magnetické vlastnosti budou studovány na MPMS SQUID.
Rotačně symetrické elektromagnetické čočky používané pro zobrazování v elektronové mikroskopii jsou zatíženy vadami zobrazení, které limitují jejich rozlišovací schopnost. V literatuře bylo popsáno několik fyzikálních principů, které umožňují vady elektromagnetických čoček korigovat. Korekce zobrazení lze dosáhnout např. multipolovým elektromagnetickým polem, fázovou destičkou tvořenou pevnou látkou či polem, elektrostatickým zrcadlem a dalšími. Na některých typech elektronových mikroskopů byly korekční systémy úspěšně realizovány (např. hexapolový korektor pro sférickou vadu v transmisním mikroskopu). Dizertační práce bude zaměřena na metodiku korekce zobrazovacích vad a návrh korekčního systému pro elektronový mikroskop ve spolupráci s firmou TESCAN.
Rentgenová počítačová tomografie (CT) je významnou metodou pro 3D nedestruktivní zobrazování vzorků v mnoha odvětvích. V průmyslu je běžně využívána k odhalování vad a kontrole kvality, vědecké projekty využívají hojně zobrazování a kvantifikaci dat a aplikují řadu analýz ke zjišťování morfologických a fyzikálních parametrů. Pro zasazení do kontextu s ostatními metodami je často třeba doplnit CT data zavedenými zobrazovacími metodami jako elektronová a světelná mikroskopie a kvalitativními technikami, jako například rentgenová spektroskopie. Data z jednotlivých technik typicky mají odlišný formát, velikost, rozlišení apod. Kombinace takto rozdílných informací o vzorku je výzvou. U sesazování dvou odlišných 3D datasetů je třeba zajistit, aby si struktury vzorku vzájemně odpovídaly, u kombinace 2D a 3D technik je třeba najít v 3D datech odpovídající 2D řez. To vyžaduje programátorský přístup nebo využití speciálního software. Tato práce se bude zabývat technikami korelací informací z různých zobrazovacích metod. Takový multidisciplinární přístup je v dnešní době velmi žádaný a má velký potenciál.
Materiály s širokým zakázaným pásem se staly díky novým, pokročilým způsobům výroby objemových krystalů významným směrem technologického vývoje ve výkonové elektronice. Zejména SiC a GaN se stávají významnými souputníky stále dominantního křemíku. Současné know-how materiálových vlastností však není tak vyvinuté jako u křemíku a je zde mnoho nezodpovězených otázek. Student se bude soustředit na analýzu zejména defektů v SiC a GaN metodami korelativní mikroskopie a spektroskopie. Součástí práce bude i využití těchto materiálů k realizaci nového konceptu v elektronice/optoelektronice. Nutnou podmínkou je základní znalost fyziky pevných látek, a principů relevantních spektroskopických technik k analýze těchto materiálů. Výzkum bude probíhat ve spolupráci s Thermo Fisher Scientific, případně Onsemi.
Školitel: Kolíbal Miroslav, doc. Ing., Ph.D.
Vlastnosti multifunkčních magnetických materiálů úzce souvisejí s jemnou interakcí různých parametrů uspořádání. Cílem dizertační práce je kombinovat techniky elektronové difrakce s různou hloubkovou citlivostí a zkoumat tak vztah mezi strukturním a magnetickým uspořádáním v komplexních materiálech. Projekt předpokládá předchozí praktické zkušenosti s elektronovou mikroskopií.
Školitel: Uhlíř Vojtěch, Ing., Ph.D.
Automatická analýza moderních kompozitních a polymerních materiálů v reálném čase je velice důležitá pro jejich rychlý vývoj a produkci. Cílem této práce je prozkoumat možnosti využití rentgenové výpočetní tomografie (CT) pro kvantifikaci a digitalizaci kompozitních materiálů. Budou testovány limity standardního CT zobrazování pro budoucí použití této modality v in-line systémech. Dále budou simulovány alternativní a rychlé režimy CT zobrazování pro akceleraci celého zobrazovacího procesu. Tyto simulace budou dále využity k vytvoření detailního modelu pro nastavení parametrů experimentů a parametrů tomografické rekonstrukce.
Použití Kvantových materiálů pro přípravu superkapacitorů. Kandidát získá zkušenost s kvantovými materiály, různými technologiemi přípravy kvantových nanomateriálů, jejich charakterizaci, a přípravě superkapacitorů s vysokou účinností. Supervisor je Highly Cited Researcher. Více na www.pumera.org, více info o skupině na www.energy.ceitec.cz . Součástí PhD je zaškolení na high tech přístroje, viz www.nano.ceitec.cz
Spektroskopie laserem buzeného plazmatu (Laser-Induced Breakdown Spectroscopy – LIBS) se prosazuje i v průmyslových aplikacích. Nabízí instrumentální jednoduchost a robustnost, je tak možnou alternativu pro zavedené technologie. Při identifikaci potenciálních aplikací je nutné zvážit analytický výkon metody LIBS a možnosti její implementace do výrobního provozu. Tématem této práce bude identifikace jednotlivých průmyslových aplikací a vývoj a adaptace přístrojové instrumentace spolu s optimalizací měřící metodiky od přípravy vzorků a nutné parametry analýzy po zpracování dat.
PhD projekt se zaměří na efekt silné vazby mezi lokalizovanými povrchovými plazmony v anténách a fonony v rezonančně absorbujících nekovových prostředích, následně pak na využití těchto znalostí pro nalezení a aplikaci obecných principů prostorově lokalizované plazmově zesílené absorbce. Tento problém bude řešen pro široké elektromagnetické spektrum sahající od blízké IR do střední IR a ověřen v nových typech nechlazených mikrobolometrů s anténami vykazujícími zvýšenou citlivost a prostorové rozlišení. V důsledku obecného průběhu indexu lomu poblž absorbčních píků/pásů materiálů, výstupy a závěry tohoto projektu najdou uplatnění i v jiných spektrálních oblastech, nezávisle na fyzikálním mechanismu rezonanční absorbce. To umožní provádět výzkum zajímavých jevů, které jsou kromě lokálního ohřevu materiálů rovněž využitelné v oblasti detekce infračerveného zaření a světla, konverze energie, (bio)senzorů, kvantových technologií, aj. Reference: Břínek L. et al., ACS Photonics 5 (11), 4378-4385, 2018.
Přepínatelné systémy na bázi kovových komplexů schopné měnit magnetické vlastnosti jsou velmi atraktivní pro různé aplikace v moderních elektronických zařízeních, mohou být součástí aktivního inteligentního povrchu nebo i použity jako materiály umožňující zaznamenat data s vysokou plošnou hustotu. Pro tyto aplikace může být využita magnetická aktivita kovových komplexů, která může být modulována modifikací jejich koordinačních, redoxních, elektronických vlastností včetně jejich ligandového pole. Tuto funkci lze získat třemi způsoby, změnou síly ligandového pole, přepínáním koordinačního čísla nebo přepínáním stupně spojení mezi dvěma spinovými kovovými ionty v případě polynukleárních sloučenin. Cílem projektu je syntetizovat dvou- nebo vícestabilní kovové komplexy, které obsahují regulační spínač, aby bylo možné provést řízenou změnu spinu. Naše systémy budou charakterizovány různými fyzikálními technikami: vysokopolní a vysokofrekvenční EPR a NMR spektroskopií, hmotnostní spektrometrií, SQUID a X-Ray krystalografií.
Lokalizované povrchové plasmony (LSP) buzené v kovových nanočásticích (plasmonické antény) mohou vykazovat různé mody lišící se v energií, rozložení nábojů (dipóly vs multipóly) a radiaci (světlé a temné mody). Jednou z nejefektivnějších metod umožňujících buzení a charakterizaci-mapování těchto modů v jednotlivých anténách je spektroskopie ztrát energie elektronů (EELS) realizovaná pomocí rastrovací transmisní elektronové mikroskopie s vysokým rozlišením (HR STEM). PhD studium se zaměří na aplikaci HR STEM-EELS pro mapování LSP modu v plasmonických anténách. Pozornost bude věnována zejména výzkumu hybridizovaných modů vázaných anténních struktur anebo silné vazbě mezi mody v plasmonických anténách a excitacemi v jejich okolních prostředích. Těmito excitacemi budou polaritony v kvantových tečkách v okolí antén (viditelná oblast) anebo fonony v absorbujících substrátech-membránách antén (IR – mid IR). V prvním případě experimenty budou realizovány pomocí HR STEM-EELS umístěném v infrastruktuře CEITEC Nano (Titan), v druhém případě pomocí mikroskopu Nion UltraSTEM nacházejícím se v některé ze zahraničních laboratoři (např. Národní laboratoř v Oak Ridge)
Superparamagnetické nanočástice Fe3O4 (magnetit) se využívají jako účinné látky při léčbě rakoviny pomocí magnetické hypertermie. Ve střídavém magnetickém poli nad 100 kHz se magnetické momenty jednotlivých nanočástic reorientují působením aplikovaného pole. To vede k otevření hysterezní smyčky, jejíž plocha je úměrná teplu přenesenému do okolního nádoru. Tyto nanočástice jsou v naší skupině syntetizovány a optimalizovány pro využití v různě viskózních prostředích, vč. charakterizace jejich strukturních a magnetických vlastností. Cílem této práce je provést podrobné počítačové atomární simulace těchto nanočástic a vysvětlit, jak jejich funkční vlastnosti závisí na jejich tvaru, velikosti a charakteru povrchu. Budou realizovány pomocí molekulární statiky a dynamiky v programu LAMMPS s využitím empirických potenciálů obsahujících magnetismus. Mechanismus řídící reorientaci těchto spinů při změně směru magnetického pole bude studován pomocí metody Nudged Elastic Band. Tyto studie také poskytnou tvar energetické bariéry, která je potřebná pro Monte Carlo studia agregátů těchto nanočástic.
Školitel: Gröger Roman, doc. Ing., Ph.D. et Ph.D.
Cílem doktorského studia je připravit uspořádané soubory magnetických atomů či iontů na površích topologických izolantů s získat tak hybridní materiál potenciálně vykazující kvantový anomální Hallův jev. Detailnější popis je k dispozici v anglické verzi.
Přítomnost vnitřních rozhraní je důležitá pro funkční vlastnosti materiálů i pro vlastnosti nanočástic. Rozhraní mohou sloužit jako bariéry pro skluz dislokací nebo samy o sobě zprostředkovávat plastickou deformaci. Kromě toho mohou vnitřní rozhraní ovlivnit tvar a symetrii nanočástic. Hranice dvojčat jsou rozhraní, která mají speciální symetrii a zpravidla nízkou energii. U materiálů s nekubickou symetrií (Mg, Ti, Ni-Ti atd.), kde může docházet ke vzniku dvojčat v důsledku plastické deformace, růstu krystalů nebo fázové přeměny, je známé velké množství typů dvojčat. Tento proces je však často spontánní a vývoj metod pro jeho řízení je důležitým a stále nevyřešeným problémem. Tento projekt je věnován počítačovým simulacím procesu dvojčatění s cílem vyvinout metody, jak dosáhnout iniciace a následného růstu vybraného typu dvojčat v nekubických kovových materiálech.
Školitel: Ostapovets Andriy, Ph.D., Mgr.
Projekt cílí na přesnou rekonstrukci pozadí obrazu a segmentaci buněk pomocí umělé inteligence. Kvantitativní fázové zobrazování má specifické požadavky a standardní přístupy vyvinuté pro fluorescenční nebo jiné kontrastní techniky světelné mikroskopie nejsou přímo použitelné. Umělá inteligence bude využita při rozkladu obrazu a opravená nezpracovaná data se nakonec použijí pro dosažení maximální přesnosti fázových měření.
Kandidát bude konstruovat mikroroboty poháněné chemikáliemi pro sanaci životního prostředí pomocí polymeru a anorganické chemie.
Šíření únavových trhlin je proces, který je popsán makroskopicky pomocí veličin jako je rozkmit faktoru intenzity napětí, J-integrálu nebo plastické části J-integrálu. Existuje mnoho modelů šíření trhlin na mikroskopické úrovni, které uvažují plastickou deformaci v okolí špice trhliny, ale které se liší v detailech. Pokrok v experimentálních metodách umožňuje přesnější a detailnější experimentální studium těchto procesů a následně jejich přesnější popis i modelování pomocí pokročilých metod molekulární statiky a dynamiky. Cílem práce bude shromáždit co nejvíce detailů o dějích na špici únavové trhliny během jejího růstu, a to jak na povrchu vzorků, tak v jejich objemu. Budou použity moderní metody: digital image correlation (HR DIC) s vysokým rozlišením, electron chanelling contrast imaging (ECCI), electron backscatter diffraction s vysokým rozlišením (HR EBSD), focused ion beam (FIB) pro pozorování dějů na zvolených řezech a pro přípravu TEM lamel. Pozorování budou doplněna simulací mikroskopických dějů pomocí molekulární dynamiky nebo diskrétní dislokační dynamiky. Metody měření budou nejprve ověřeny na čisté mědi jako modelovém materiálu a poté aplikovány na materiály zpevněné oxidickou disperzí (ODS), připravené pomocí aditivních technologií.
Školitel: Kruml Tomáš, prof. Mgr., CSc.
Teoretická analýza nových optických jevů a funkcionalit, kterých lze dosáhnout v moderních nanofotonických strukturách, je nemožná bez využití přiměřených a výkonných numerických nástrojů. Je však zajímavé, že numerické metody založené na principu rozkladu pole do spektra vlastních modů (EME – eigenmode expansion), a tak umožňující hluboké fyzikální pochopení řešené problematiky, jsou často přehlíženy. Cílem projektu je proto vývoj a aplikace nových variant EME, které budou vhodné ke studiu vybraných zajímavých problémů současné nanofotoniky; v úvahu připadají tato témata: nanophotonická pole, která podporují vázané stavy v kontinuu; problémy spojené s kompenzacemi ztrát v plazmonických strukturách; systémy se ziskem a ztrátami, kdy se předpokládá realistický model aktivního prostředí založený na vázaných rovnicích pro inverzní populaci; modulace v hybridních vlnovodech s grafenem.
For detailed info please contact the supervisor.
Školitel: Kalousek Radek, doc. Ing., Ph.D.
Auxetické materiály jsou materiály s negativním Poissonovým poměrem. Jejich specifickou vlastností je že na rozdíl od standardních materiálů se rozpínají v kolmém směru při tahové deformaci. Tento faktor dává širokou škálu využití pro komponenty, které jsou vysoce namáhané, ale musí být zafixované. Auxetický materiál nemůže být snadno vytržen z místa, kde je fixován. Jejich nevýhodou je nízká tuhost. V poslední době byl objeven způsob, jak lze auxetický materiál vyztužit, pokud je zkombinován s klasickým porézním materiálem s pozitivním Poissonovým poměrem. Student se bude zabývat různými možnosti kombinace materiálů s negativním a pozitivním Poissonovým poměrem. Bude se zkoumat efekt vyztužení a rozložení napětí při deformaci. Materiály budou teoreticky popsány pomocí mechaniky tuhé fáze.
Školitel: Žídek Jan, Mgr., Ph.D.
Cílem práce bude popis chování vody v makromolekulárních systémech metodou molekulární dynamiky. Voda se v makromolekulárních systémech pohybuje obvykle v náhodným pohybem tedy difúzí. Přesto lze nalézt systémy, kdy dojde k usměrněnému pohybu vody v systému. Student si vybere systém, který vykazuje toto chování. Tento systém bude prozkoumán metodou molekulární dynamiky. Výsledkem bude mechanismus, jakým organizovaný pohyb probíhá. Student může navrhnout svůj model, nebo si vybrat z následujících, které jsou již rozpracovány. Prvním příkladem je hydrogel, ve kterém je možné pohyb usměrňovat pomocí funkčních skupin interagujících s vodou. Tyto skupiny jsou navíc fixovány v prostoru. Bylo zjištěno, že ve specifickém případě: fixace v prostoru a silná interakce, se voda lépe adsorbuje než u skupin, které jsou pohyblivé. Cílem je objevit mechanismus této fixace molekul vody. Druhým systémem je jev nazvaný durotaxe, kde se kapka vody pohybuje po povrchu materiálu ve směru gradientu tuhosti povrchu. V současné době je prozkoumána durotaxe na tuhých površích a aktuálně se zkoumají mechanismy durotaxe na měkkých površích a mechanismus je již částečně známý. Stále je velký prostor pro výzkum různých aspektů tohoto pohybu. Téma bude zkoumáno ve spolupráci s Fyzikálním Ústavem Polské Akademií Věd ve Varšavě.
Cílem doktorského studia je příprava a charakterizace molekulárních monovrstev karboxylových kyselin na povrchu stříbrných krystalů, a také jejich využití jako mezivrstvy pro efektivní přenos náboje do následně deponovaných vrstev organického polovodiče. Detailnější popis je k dispozici v anglické verzi.
Multifunkční pokročilé keramické materiály vykazují vhodnou synergii mechanických, optických, elektrických nebo magnetických vlastností. Příprava takových materiálů vyžaduje optimalizaci všech kroků keramické technologie, tj. úpravu vstupních práškových prekurzorů a výběr vhodných metod jejich tvarování a slinování. Cílem dizertační práce bude využití moderních postupů keramické technologie (suché i mokré tvarovací metody, slinování s nebo bez využití tlaku) k přípravě multifunkčních keramických materiálů a kompozitů a hodnocení jejich vlastností s vazbou na možné aplikace. V rámci běžícího projektu školitele Horizon Europe „GlaCerHub“ bude možno absolvovat Cotutelle studium (double-degree-type studium) ve spolupráci s Trenčínskou Universitou. V průběhu studia pak bude konkrétní téma práce upřesněno ve spolupráci se studentem a s FunGlass Centre of Exellence Trenčín (např. Vysokoentropická keramika s luminiscenčními vlastnostmi, Transparentni keramika s luminiscenčními vlastnostmi, apod.).
Školitel: Maca Karel, prof. RNDr., Dr.
Prismatické dislokační smyčky vznikají v kovech v důsledku radiačního poškození nebo působením velké plastické deformace. Tyto smyčky se pak stávají překážkami pro dislokace potřebné k plastické deformaci a materiál se stává křehkým. Prismatické dislokační smyčky budou studovány za pomoci modelování molekulární dynamikou a také experimentálně s použitím elektronové transmisní mikroskopie.
Školitel: Fikar Jan, Mgr., Ph.D.
Kandidát bude vyvíjet nové nanorobotické systémy detekci DNA mutací v organizmech. Osvojí si následující dovednosti: výroba nanorobotů, pohonné systémy, SEM, XPS, mikroskopická charakterizace. Práce s biologickými systémy.
Kandidát bude vyvíjet nové nanorobotické systémy pro podávání léků proti rakovině. Osvojí si následující dovednosti: výroba nanorobotů, pohonné systémy, SEM, XPS, mikroskopická charakterizace. Práce s biologickými systémy.
Kandidát bude vyvíjet nové nanorobotické systémy pro ochranu titanových implantátů a odstraňování biofilmů. Osvojí si následující dovednosti: výroba nanorobotů, pohonné systémy, SEM, XPS, mikroskopická charakterizace. Práce s biologickými systémy.
Velký poměr povrchu k objemu nanostruktur z nich činí teoreticky ideální kandidáty pro aplikace v katalýze a skladování vodíku. Silný katalytický účinek přechodových prvků byl zjištěn v nanovrstvách Mg/Ti, Ti/Pd nebo Al v nanovrstvách Ti/Mg/Ti/Pd a Mg-AlTi. Bylo již připraveno několik zajímavých tříd materiálů, ale chybí detailní pochopení vazeb v těchto nanostrukturách, které silně ovlivňují jak katalytické, tak i sorpční/desorpční kapacitu takových materiálů. Cílem tohoto projektu je formulovat nový výpočetní rámec pro modelování těchto nanostruktur, který bude založen na modelu adiabatického „shell modelu“. Prvním krokem bude formulace tohoto modelu pro Mg-H a využití počítačových atomistických simulací k popisu různých forem objemových hydridů a nanočástic. Tento model bude následně rozšířen o přechodové prvky, jako je Ti, Al nebo Pd, aby bylo možné prozkoumat katalytické vlastnosti těchto nanočástic a také jejich schopnost skladovat vodík. Výsledky těchto simulací poslouží jako motivace pro návrh nových nanostrukturních materiálů pro katalýzu a skladování vodíku v ÚFM AVČR.
Disertační práce se zaměří na návrh a výrobu dielektrických metapovrchů pro nekonvenční optické prvky v ultrafialové, viditelné a infračervené oblasti vlnových délek. Budou zkoumány specifické metody návrhu metapovrchů pomocí optimalizačních algoritmů s multiparametrickými metrikami, jako je například Gerchberg-Saxtonův algoritmus. Budou rovněž zkoumány výrobní přístupy, včetně elektronové litografie, suchého leptání a různých depozičních technik pro přípravu dielektrických vrstev. Kromě toho budou nedílnou součástí výzkumu simulace jednotlivých stavebních bloků metapovrchů. Hlavním cílem této práce je vyrobit plně charakterizované ověřené prototypy metapovrchů, které by mohly nalézt uplatnění při tvarování výkonných optických svazků nebo při přenosu a zpracování optických signálů v komunikačních technologiích.
Nanostruktury mohou díky svým rozměrům srovnatelných s vlnovou délkou použitého světla přímo ovlivnit vlastnosti odražené nebo procházející elektromagnetické vlny. Věda zkoumající interakci elektromagnetické vlny a nanostruktur se nazývá nanofotonika. Ta nachází uplatnění například ve fotovoltaice nebo zesílené optické spektroskopii. Kromě velikosti a tvaru nanostruktur lze také světlo ovlivňovat pomocí jejich materiálových vlastností. V poslední době se řada vědeckých týmu zaměřuje právě na tyto opticky aktivní pokročilé materiály jako jsou například perovskity nebo 2D vrstvy dichalkogenidů přechodných kovů (TMD). Tyto pokročilé materiály lze velmi často opticky charakterizovat pomocí fotoluminiscence (PL), a to především pomocí konfokální optické spektroskopie, pomocí časově rozlišitelné spektroskopie nebo pomocí rastrovací optické mikroskopie v blízkém poli. Všechny tyto experimentální techniky, ale i příslušné numerické simulace (např. FDTD, DFT, BEM) jsou k dispozici na Ústavu fyzikálního inženýrství FSI VUT a budou představovat hlavní nástroje pro řešení zadání doktorského studia.
Magnetické materiály představují vysoce laditelnou platformu pro konstrukci adaptivních optických a magnonických prvků. Kromě toho lze parametry uspořádání v komplexních materiálech s magnetickým fázovým přechodem řídit pomocí různých řídicích sil, jako je teplota, magnetické a elektrické pole, napětí, spinově polarizované proudy a optické pulsy. Ph.D. kandidát prozkoumá metamagnetický fázový přechod prvního řádu v materiálech, které byly vystaveny silnému prostorovému omezení a optickým podnětům a navrhne nové funkční systémy kombinací jednotlivých struktur s dobře kontrolovanými vlastnostmi do 2D a 3D polí.
Implementace antiferomagnetických materiálů ve spintronických zařízeních by umožnila zvýšit operační rychlosti až do terahertzové oblasti a zmenšit velikost zařízení na nanometrové měřítko díky absenci magnetických rozptylových polí. Dizertační práce se zaměří na zkoumání základních fyzikálních mechanismů pro ovládání antiferomagnetických konfigurací pomocí elektrického proudu. Příslušné jevy souvisejí se spin-orbitálními momenty vytvářenými spinovým Hallovým jevem, případně s fragmentací antiferomagnetických domén pulzy elektrického proudu nebo laseru. Modelové platformy budou zahrnovat antiferomagnetické a ferimagnetické materiály.
TiO2 je fascinující materiál, který nachází uplatnění v optických, elektronických, optoelektronických a snímacích zařízeních. Vlastnosti TiO2 lze upravit nebo doladit přidáním dalšího prvku, čímž vznikají ternární oxidy. To poskytuje nové materiály pro neustálé snižování rozsahu zařízení v technologii výroby polovodičů. Téma doktorské práce je zaměřeno na depozici atomárních vrstev ternárních oxidů na bázi Ti ze systémů Ti-Si-O a Ti-Sr-O. Výzkum by měl odpovědět na otázku, jaké jsou optické a elektrické vlastnosti v závislosti na složení a jaká je struktura deponovaných vrstev, zda je dobře promíchaná nebo fázově oddělená.
Školitel: Zajíčková Lenka, doc. Mgr., Ph.D.
Plazmonické antény jsou vodivé nanostruktury umožňující zesílit a soustředit světlo v nanoměřítku. Často využívají bleskosvodný jev, tj. místní zesílení elektrického pole u vysoce zakřivených povrchů. Porozumění tomuto jevu je přes jeho velký význam v oblasti plazmoniky převážně intuitivní a ucelený popis jeho základů chybí. Dizertační práce má za cíl takový popis poskytnout. Budou zkoumány následující dílčí jevy přispívající k celkovému zesílení pole: lokalizace povrchové plazmonové vlny, účinek křivosti, účinek rezervoáru náboje a jev plazmonického zesílení v mezeře mezi dvěma interagujícími plazmonickými anténami. Metodika práce se bude opírat o elektromagnetické simulace a experimentální metody pro lokálního charakterizaci pole. Detailní pochopení plazmonického bleskosvodného jevu poskytne vodítko pro návrh plazmonických antén se zvlášť velkým zesílením pole
Školitel: Křápek Vlastimil, doc. Mgr., Ph.D.
In this study plasmonic resonant nano-and micro-structures (particles, antennas, tips) will be used for enhancement of photoluminescence of nanostructures such as nanodots, nanowires and 2D materials (e.g. metal dichalcogenides: MoS2, WS2,....). In this way single photon sources provided by defects of these structures might be recognized.
III-nitridy (Ga,Al,In-N) jsou polovodiče s velkou šířkou zakázaného pásu, ve kterých jsou atomy vázány iontovými a kovalentními silami. V nedávné době jsme vyvinuli empirický model pro GaN s vnitřně konzistentním přenosem náboje, který systematicky implementuje iontovou složku do původně čistě kovalentního modelu. Cílem tohoto projektu je využít tento nový model ke zkoumání struktur a přenosu náboje okolo rozsáhlých defektů v GaN a AlN pomocí metod molekulární statiky a dynamiky. V druhé části projektu bude tato metoda aplikována na studia rozhraní mezi hexagonálním AlN a Si{111}, a také mezi kubickým GaN a Si{100}. Nové poznatky z těchto simulací budou bezprostředně korelovány s dalším projektem aktuálně realizovaným ve skupině, který se zaměřuje na optimalizaci rané fáze epitaxního růstu III-nitridových filmů.
Plazmové polymery deponované v cyklopropylamin/argon vysokofrekvenčním výboji při nízkém tlaku se ukázaly jako vynikající platforma pro imobilizaci biomolekul a zlepšení buněčné adheze a proliferace [E. Machneva a kol. Sens. Actuator B-Chem. 276 (2018) 447,A. Manakhov a kol. Materials & Design 132 (2017) 257, A. Manakhov a kol. Plazmový proces. Polym. 14 (2017) e1600123]. Podobně, plazmové polymery obsahující karboxylové nebo anhydridové skupiny jsou velice vhodné pro biomedicínské aplikace, jak bylo nedávno publikováno např. pro imobilizaci léků nebo krevní plazmy bohaté na krevní destičky [E. Permyakova a kol. Materials & Design 153 (2018) 60, A. Soloviev et al. Polymery 9(12) (2017) 736]. Tenké vrstvy plazmového polymeru jsou významně ovlivněny vnějšími parametry, jako je složení plynu, tlak a výkon do výboje. Bohužel podrobné pochopení plazmové polymerace je obtížné, protože jde o složitý proces chemické depozice z par zahrnující mnoho neutrálních reaktantů vytvořených v plazmatu. Navíc je tento proces při nízkém tlaku ovlivněn kladnými nebo zápornými ionty. Tato práce si klade za cíl porozumět plazmově-chemické plynné fázi ovlivněné výkonem do výboje a povrchovými procesy ovlivněnými tokem energie iontů. Potřebné informace budou získány pomocí metod diagnostiky plazmatu (optická emisní spektroskopie, hmotnostní a iontová spektroskopie, analýza energie retardačního pole a měření sondou Octiv VI). Získané informace budou korelovány s charakterizací tenkých vrstev.
Laserem indukované plazma má zásadní význam pro nespočet aplikací, např. pro charakterizaci materiálů pomocí spektroskopie laserem indukovaného plazmatu (LIBS). Interakce mezi laserem a materiálem a vlastnosti plazmatu při experimentech LIBS za různých okolních podmínek nejsou dosud zcela známy. Cílem této práce je provést rozsáhlý výzkum v oblasti morfologie a vlastností laserem indukovaného plazmatu generovaného za různých okolních i mimozemských podmínek. Dílčím cílem tohoto doktorského projektu je oddělit charakterizaci plazmatu od optických emisních spekter a následně získat robustnější informace o vlastnostech laserem indukovaného plazmatu (jako je homogenita, teplota, elektronová hustota a přítomnost lokální tepelné rovnováhy). K tomu budou použity časově a prostorově rozlišené zobrazovací, rozptylové (např. Thomsonův rozptyl), absorpční a interferometrické techniky. Pomocí informací získaných těmito technikami budou parametry plazmatu určeny nezávisle na optických emisních spektrech a budou vylepšeny bezkalibrační přístupy.
Školitel: Pořízka Pavel, doc. Ing., Ph.D.
Mezi významné patogeny jsou tradičně řazeny i organismy, které jsou schopny vyvolat velmi závažná onemocnění, a proto je jejich včasná detekce stěžejní pro případnou léčbu. Jedním ze způsobu stanovení těchto látek jsou imunochemické metody, které využívají nanočástice jako značky. V této oblasti výzkumu je nicméně nutný i vývoj nových zobrazovacích technik. V posledních letech se jako velmi slibné ukázaly metody založené na laserové ablaci, jejichž optimalizace by byla obsahem této práce.
Ačkoli bezolovnaté texturované BCZT keramiky vykazují slibné piezoelektrické vlastnosti, piezoelektrická odezva těchto materiálů stále trpí vysokým rozptylem kvůli obtížím při zpracování texturovaných mikrostruktur. Kvůli omezením v syntéze prášků a jejich zpracování nebylo dosud možné korelovat piezoelektrické vlastnosti s různými strukturními parametry a optimalizovat texturovanou mikrostrukturu. V tomto výzkumném projektu budou nově vyvinuté pokročilé keramické procesy včetně keramického 3D tisku přizpůsobeny pro systém BCZT a kombinovány s metodou templátového růstu zrn, aby byly dosaženy vysoce hutné a texturované fólie s vynikajícím piezoelektrickým výkonem. Za tímto účelem a pro lepší pochopení vlivu struktury zrn na materiálové vlastnosti budou vzorky důkladně charakterizovány z hlediska mechanického, mikrostrukturního, dielektrického a piezoelektrického.
Školitel: Trunec Martin, prof. Ing., Dr.
Projekt je zaměřen na studium antibakteriálních a antivirových vlastností nanostrukturovaných povrchů a parylenových povlaků. Budou využívány různé technologické přístupy výroby nanodrátů z kovů a oxidů s antimikrobiálním účinkem. Dále bude řešena výroba kompozitního filmu z parylenu a antimikrobiálních nanočástic, popř. post-modifikace parylenu antimikrobiálními molekulami. Kromě toho bude projekt zahrnovat vyrobu a charakterizaci parylenového filmu s mikro/nano hierarchickými strukturami, který take bude testován proti bakteriím a virům.
Nedávný vývin technologií pro detekci rentgenového záření se pojí s řadou nových aplikací ve sféře výpočetní tomografie. Systémy pro přímou konverzí záření umožňují přesnější lokalizaci detekovaných fotonů a signál na jejich výstupu je přímo úměrný energii dopadajícího záření. Špičkové moderní detektory na bázi čítání fotonů pak navíc umožňují rozlišení jednotlivých dopadajících fotonů a přesný výčet energie každého z nich. Všechny tyto technologie pak mohou být využity ke zrychlení akvizice za udržení nízké úrovně šumu, spektrálnímu zobrazování s vysokým rozlišením a kvantitativním tomografickým metodám. Tyto pokročilé detektory však byly vyvinuty teprve nedávno, a proto vyžadují další vývoj a výzkum z hlediska jejich využití. Cílem tohoto tématu je studovat možnosti těchto metod v metrologii a průmyslové tomografii, kde je potřeba dbát především na přesnost měření rozměrů analyzovaných vzorků, což je zaručeno kalibrací detektorů podle široce uznávaných norem a předpisů.
Školitel: Zikmund Tomáš, doc. Ing., Ph.D.
Rentgenová počítačová tomografie (CT) je jednou z nejvýznamnějších metod pro 3D vizualizaci a inspekci. Tato nedestruktivní metoda poskytuje zejména dostatečné rozlišení a kontrast pro vyhodnocení jakýchkoliv mikrostrukturních vlastností a to se schopností rozlišit struktury i pod jeden mikron. Kompletní informace o jakémkoli biologickém vzorku, lze pak snadno získat nedestruktivním způsobem a umožnit tak vizualizaci a kvantifikaci buněčných vlastností a intracelulárních prostorů, což otevírá cestu pro virtuální histologii, zobrazování živých buněk a korelativní mikroskopii. Tato práce se zabývá praktickou implementací laboratorních CT systémů s vysokým rozlišením pro zobrazování a především 3D charakterizaci biologických struktur, a to na základě vývoje specializovaných metodik pro přípravu vzorků a jejich následné CT měření, spolu s testováním a hodnocením možností pokročilých CT technik jako je zobrazování ve fázovém kontrastu nebo duálně-energiové CT pro dané aplikace.
Rentgenové kontrola se používá k nedestruktivní analýze vnitřní strukturu vzoků odlitků, obrobků či sestav dílů. Jedná především o hledání výskytu pórů, trhlin, materiálových vad či pozice dílů. Poloha vzorku při snímání hraje jednu z nejzásadnějších rolí v radiografii i počítačové tomografii pro spolehlivé zachycení defektů. Při snímání je nutné respektovat rozměry a tvar dílu, obrazové artefakty snímací soustavy, a taky charakter defektů. Pro tento účel je nuntné navrhnout správnou strategii snímaní taky mít možnost přizpůsobovat pozici vzorku přímo v rentgenovém systému. S exitencí simulačních softwarů pro akviziční proces, znoslostí norem, pokročilých metod zpracovaní obrazu a robotických ramen jako podavačů lze tyto výzvy překonat. Toto téma si klade za cíl zkoumat nové možnosti a navrhnout spolehlivý způsob rentgenové kontroly jak metodicky, tak instrumentálně.
Rozptyl nízkoenergiových iontů (LEIS) je analytická metoda s extrémní citlivostí, která se používá ke kvantitativní analýze povrchů pevných látek. Jediným prvkem, který nelze přímo pomocí rozptylu iontů inertních plynů detekovat je vodík. Výroba displejů a obrazovek (flat panel displays - FPDs) pro mobilní zařízení a elektroniku představuje velice důležitou a perspektivní technologii. Povrch skleněných substrátů je terminován -OH skupinami, které výrazným způsobem ovlivňují navazující kroky při výrobě FPDs i samotný výkon vyrobených FPDs, především rozlišení. Charakterizace pokrytí povrchů -OH skupinami klasickými metodami je limitována, nebo zcela vyloučena díky požadavku na vysokou povrchovou citlivost analýzy. Ve spolupráci s Brigham Young University (USA) a Corning corporation (USA) byla vyvinuta nová technika značení -OH skupin a jejich následné kvantifikace (a tag-and-count approach). Její první úspěšné výsledky byly nedávno publikovány v časopise Applied Surface Science (více informací naleznete v článku). Skupiny -OH jsou selektivně označeny atomy Zn během ALD deposice (Atomic Layer Deposition) a následně je jejich povrchová koncentrace určena pomocí HS-LEIS analýzy. Předkládané téma PhD studia nabízí zapojení studenta ve všech fázích tag-and-count procesu (příprava povrchů v USA a analýza pomocí Qtac100 LEIS spektrometru v laboratořích Ceitec VUT a dále rozvíjí započatou spolupráci našich institucí. Pro tag-and-count: https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2022.154551 Pro HS-LEIS například: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.langmuir.5b01935
Přechod kov-izolant (PKI) je fázový přechod hmoty mezi stavy s vysokou a nízkou vodivostí, obvykle spojený se silnými korelacemi mezi elektrony. Materiály vykazující PKI jsou slibnými kandidáty pro aplikace spojené s rychlým optickým spínáním nebo novými optickými prvky. Zatímco mechanismus PKI v objemových materiálech je uspokojivě popsán, mnohem méně je známo o roli hranic domén, atomárních defektů, nebo rozhraní v nanostrukturách. Dizertační práce bude zaměřena na využití teplotně závislé analytické elektronové mikroskopie k získání hlubokého vhledu do souvislostí mezi teplotou, lokální krystalovou strukturou a elektronovou strukturou pro PKI ve specifickém materiálu, například oxidu vanadičitém.
Využití přírodních polymerů k přípravě funkčních materiálů se strukturně programovatelnými vlastnostmi je žádoucí. Zde je zaměření na blokové multi-oligo-sacharidové (BMOS) sítě se strukturně programovatelnou nasákavostí. Přírodní a odpadní polysacharidy enzymaticky degradovány na oligosacharidové prekurzory s úzkou disperzitou a funkcionalizovány pro hydrofilnost a konektivitu tvoří knihovnu kódovacích stavebních bloků. Nasákavost BMOS sítí je strukturně programována sekvencí stavebních bloků spojených do řetězců se zakódovanou vodorozpustností a výběrem typu, hustoty a prostorového uspořádání síťových uzlů. Procesní a materiálové postupy jsou sestaveny do souboru nástrojů skládajících se z knihovny kódovacích prvků s různou hydrofilností a programovacích algoritmů pro spojování stavebních bloků do sekvencí umožňujících strukturně programovat nasákavost. BMOS sítě s programovatelnou nasákavostí pomohou obnovit schopnost půdy zadržet vodu, umožní efektivní ochranu rostlin před chorobami, zjednoduší šlechtění rostlin a podpoří efektivní použití potravinových a zemědělských odpadů. Cílem je knihovna blokových ko-oligosacharidů s hydrofilností a flexibilitou kódovanými sekvencí monodisperzních oligosacharidových bloků a její využití pro programování kinetiky absorpce a uvolňování vody v sítích blokových ko-oligosacharidů.
Školitel: Jančář Josef, prof. RNDr., CSc.
Cílem práce je návrh 3D nanostrukturovaných materiálů s pomocí nové metody. Principem této metody je uspořádání tenkých vrstev do objemového útvaru, který bude strukturovaný do 3D vzoru. Touto metodou mohou vznikat materiály, které vykazují určitou funkci. Vyrobené materiály mohou být strukturovány podobně jako materiály v přírodě například polopropustná membrána funkčně podobná fosfolipidické dvojvrstvě. Jiné materiály mohou vykazovat řízené uvolňování účinných látek používaných v medicíně například kapsaicin. Úkolem studenta bude spolupracovat na vývoji této metody. Dále bude jeho úkolem navrhnout vlastní systémy, které je možné tímto vrstvením vytvořit. Téma se řeší v rámci projektu TAČR Delta 2 a je ve spoupráci s Vietnamskou akademií věd. (pozn. Pro řešení úkolu je možné ale není nutné, aby student cestoval do Vietnamu. Bude vítáno, pokud vycestuje do zahraničí jinam.)
Sloučeniny na bázi přechodných kovů (TMC), jako jsou MAX fáze a perovskity typu ABO3, jsou slibnými kandidáty pro použití při čistění životního prostředí a výrobě zelené energie. Mezi dalšími technologiemi aditivní výroby robocasting představuje výkonný a všestranný nástroj pro tvarování těchto materiálů do hierarchických struktur s řízenou mikrostrukturou, porozitou a chemickým složením, které mají výjimečné fyzikální a chemické vlastnosti. Tento výzkum je zaměřen na přípravu tisknutelných past na bázi sloučenin přechodných kovů (Ti, Fe, Ni…) pomocí různých mechanochemických (vysokoenergetické kulové mletí, sušení rozprašováním atd.) a chemických metod (mokré chemické syntézy) nebo jejich kombinací. Důkladně bude prozkoumán vliv různých parametrů připravených past na tvarovací a slinovací chování hierarchických struktur z TMC, jejich funkcionalizaci a výsledné katalitické vlastnosti.
Školitel: Tkachenko Serhii, Ph.D.
V rámci tohoto projektu bude PhD student studovat tvarované elektronové svazky jako revoluční sondy, které povedou k všestrannějším a levnějším elektronovým mikroskopům, a které umožní nové aplikace. Budou zkoumány fázové desky nutné pro přípravu tvarovaných svazků. Budou navrženy laditelné elektronové fázové desky založené na světle a mikroelektronice. Bude provedena optimalizace těchto desek s důrazem na jejich aplikace v zobrazování a spektroskopii.
Množství dat, která generují současné nejmodernější systémy spektroskopie laserem buzeného plazmatu, neustále roste. Data mají běžně miliony objektů (spekter) a tisíce proměnných (vlnových délek). Tento nárůst v objemu dat ovlivňuje kapacitu a možnosti ukládání dat, jejich sdílení a zpracování. Zefektivnění těchto procesů je pak možné např. snížením dimenze samotných surových dat. Toho budiž dosaženo filtrováním nepotřebné, nadpočetné informace a šumu z analyticky významné informace. V této práci budou aplikovány pokročilé nelineární matematické algoritmy. Základním parametrem nově vytvářených algoritmů zpracování dat je pak robustnost. Výstupy této práce budou využity ve zpracování dat napříč aplikacemi, z nichž nejstěžejnější je víceprvkové mapování povrchu vzorků.
Rentgenová počítačová tomografie se začíná řadit mezi zobrazovací metody běžně používané v oblastech výzkumu vývojové biologie a ostatních biologických oborů. MikroCT sken nativního vzorku zobrazí pouze mineralizovanou kostní tkáň. V případě, že je potřeba zobrazit i okolní měkké tkáně se musí vzorek nabarvit v roztocích prvků s vysokým protonovým číslem. Spojení skenů nativního a nabarveného vzorku umožní přeskočení časově velmi náročného procesu manuální segmentace mineralizovaných kostí v nabarveném datasetu, tento přístup nabídne novou, rychlejší metodu analýzy komplexních biologických vzorků. Součástí této práce bude optimalizace metod barvení měkkých tkání a ko-registrace nativního a barveného datasetu.
The topic is focused on development of numerical methods for rigorous simulation of electromagnetic wave propagation in arbitrary inhomogeneous media. Namely, we assume investigation of the techniques based on the expansion into plane waves and/or eigenmodes in combination with perturbation techniques. Developed techniques will applied to modeling of light scattering by selected biological samples. Requirements: - knowledge in fields of electrodynamics and optics corresponding to undergraduate courses - basic ability to write computer code, preferably in Matlab.
Mechanické a akustické metamateriály připravené z nanokompozitů blokových kopolymerů s tvarovou pamětí představují velkou vědeckou výzvu s významnými technologickými a společenskými dopady. Přímé propojení přípravy jejich stavebních bloků, návrhu strukturní architektury a vhodné aditivní výrobní technologie je základem budoucí metamateriálové platformy. Paleta univerzálních stavebních bloků se strukturně zakódovanými výstavbovými motivy, s tvarovou pamětí a prekurzory jejich konektivity je nezbytným předpokladem pro auxetické a akustické metamateriály. Připravíme škálu strukturně a funkčně programovatelných stavebních bloků, nalezneme algoritmy jejich spojování do nosných a funkčních substruktur a sestavíme sekvenci procesů pro tvorbu takových substruktur s fotonickou signalizační, řídící a energetickou infrastrukturou a jejich zabudování in-situ při výrobě dynamických konstrukčních kompozitů. Programování vlastností dynamických kompozitů na úrovni jejich základních stavebních bloků je nezbytné pro změnu paradigmatu konstruování a výroby satelitů a nosných raket, rázově odolných povrchových a leteckých dopravních prostředků, lehkých pancířů, seismicky odolných stavebních konstrukcí a dílů s nastavitelným akustickým tlumením. Cílem projektu je efektivní příprava souboru strukturních a funkčních stavebních bloků se synteticky zakódovaným výstavbovým motivem, mechanickou a fotonickou konektivitou a procesů pro jejich využití ve vícestupňové výrobě dynamických kompozitních konstrukcí.
Cílem doktorského studia je popsat a optimalizovat růst organických polovodičů na grafenu s cílem vytvořit grafenový varistor. Detailní popis tématu je uveden v anglické části tohoto webu.
Cílem doktorského studia je připravit uspořádané soubory molekulárních magnetů/qubitů na povrchu grafenu a popsat způsob externího ovlivnění magnetické interakce mezi nimi. Jedná se experimentální práci v UHV, která je podpořena probíhajícím projektem GAČR. (Plná anotace je k dispozici v anglické verzi)
Kontrola nad tenkými molekulární filmy vytvořených z jednomolekulárních magnetů či kvantových bitů je stěžejní ve vývoji nových elektronických a magnetických zařízení. Jejich chování na površích je stále málo probádaná oblast. Tento PhD projekt bude stavět na již existující komoře vysokého vakua pro termální sublimaci tenkých filmů koordinačních komplexů přechodných kovů a lanthanoidů. Student bude pracovat na celé cestě z objemového matriálů ve formě nasyntetizovaného prášku až po nanostrukturovaný tenký film. Hlavním cílem je být schopen predikovat a vyhodnotit magnetické vlastnosti takto připravených tenkých filmů pomocí nově zkonstruovaného spektrometru vysokofrekvenční elektronové spinové rezonance (HF-ESR). Další povrchově citlivé spektroskopické a mikroskopické metody jako např. rentgenová fotoelektronová spektroskopie (XPS), mikroskopie atomárních silm (AFM) či elektronová rastrovací mikroskopie (SEM) budou využity pro studium takto připravených tenkých vrstev. Student bude komunikovat a provádět úkoly v rámci mezinárodní spolupráce s výzkumnými skupinami v USA a Itálii.
Strojové učení je novou a slibnou metodou pro modelování meziatomových interakcí výpočetně efektivním způsobem. Jednou z oblastí potenciálně vhodných pro nasazení takové metody je výzkum hranic zrn, zejména jejich zpevnění či zkřehnutí v důsledku segregace nečistot. Toto PhD téma bude zahrnovat generování strojově naučených potenciálů, jejich testování pomocí DFT (teorie funkcionálu hustoty), následná aplikace na rozměrnější modely hranic zrn a testování jejich přenositelnosti.
Školitel: Černý Miroslav, prof. Mgr., Ph.D.
Spektroskopie elektronové paramagnetické rezonance (EPR) má mnoho využití v chemii, fyzice, biologii, materiálové vědě a medicíně. Ve srovnání s nukleární magnetickou rezonancí (NMR) je však využití EPR v aplikovaných vědách méně rozšířené, částečně proto, že interpretace a analytická práce potřebná pro porozumění výsledkům sady pozorování vyžaduje spektroskopistu s odborným zázemím v této technice. Tento doktorský projekt bude využívat současné algoritmy strojového učení (SU) k automatizaci spektrální analýzy pomocí počítačově simulovaných spekter jako trénovací sady a ověření konceptů jejich aplikace na reálná data získaná v laboratoři. To pomůže přiblížit silné vlastnosti EPR jako charakterizační a diagnostické techniky dalším komunitám uvnitř i vně akademické sféry tím, že vytvoří automatizovaný nástroj pro spektrální analýzu. Rozsáhlá škála možných EPR experimentů zapříčiňuje, že je nepraktické nebo dokonce nemožné pokrýt všechny možné režimy měření a aplikace. Student se tedy zaměří na metodu spinového zachycení, která využívá EPR v režimu kontinuálního vlnění k identifikaci radikálů v katalytických reakcích. Existuje rozsáhlá online databáze pro přiřazování radikálů k jejich spektrálním parametrům získaným za pomoci EPR a tento proces přiřazování bude také automatizován. Po úspěchu v této aplikaci může být pracovní postup adaptován na použití v jiných problémech spektrálního fitování. Cíle, kterých má být dosaženo: - Seznámit se se současnými poznatky, porozumět teorii a aplikacím EPR spektroskopie. - Identifikovat rozsah všech relevantních parametrů EPR pro běžná činidla a adukty sloužící ke spinovému zachycení a vyvinout algoritmus pro vytvoření trénovací sady pro algoritmus SU. - Vybrat a vytrénovat SU algoritmus s jedním, dvěma a případně více druhy aduktů s proměnlivou koncentrací za účelem automatizace fitování experimentálních dat. - Použít online databázi (https://tools.niehs.nih.gov/stdb/index.cfm) pro umožnění automatické identifikace radikálů na základě výsledků fitování. - Vyvinout nástroj s uživatelským rozhraním, aby bylo řešení dostupné komunitě prostřednictvím otevřených úložišť. - Připravit odborné články s popsanými a diskutovanými výsledky, které budou zaslány do recenzovaných časopisů. Klíčová slova: Elektronová paramagnetická rezonance (EPR), strojové učení (SU), spinové zachycení, radikál, katalýza. Literature: [1] WEIL, John A. a James R. BOLTON. Electron paramagnetic resonance: elementary theory and practical applications. 2nd edition. Hoboken: Wiley-Interscience, 2007. ISBN 978-0-471-75496-1. [2] Jeschke, G. (2019). Quo vadis EPR? Journal of Magnetic Resonance, 306, 36–41. https://doi.org/10.1016/J.JMR.2019.07.008 [3] Biller, J. R., & McPeak, J. E. (2021). EPR Everywhere. Applied Magnetic Resonance 2021 52:8, 52(8), 1113–1139. https://doi.org/10.1007/S00723-020-01304-Z [4] Roessler, M. M., Salvadori, E. (2018). Principles and applications of EPR spectroscopy in the chemical sciences. Chemical Society Reviews, 47(8), 2534–2553. https://doi.org/10.1039/C6CS00565A
Zatímco aditivní výroba polymerů je stále populárnější pro designové studie, rychlé prototypování a výrobu nekritických náhradních dílů, její použití ve strukturálně zatížených součástech je stále vzácné. Jedním z důvodů může být skepse inženýrů, kvůli nedostatku znalostí ohledně očekávané životnosti a spolehlivosti, stejně jako znalostí mechanismů porušení. Předložená práce bude proto zaměřena na únavové poškození aditivně vyráběných polymerních materiálů, experimentální testování těchto materiálů a také na numerické modelování únavového poškození a šíření únavových trhlin v těchto materiálech. Tato práce bude řešena v úzké spolupráci s PCCL- Polymer Competence Center v Leobenu.
Školitel: Hutař Pavel, prof. Ing., Ph.D.
Nízkohustotní mechanické metamateriály se strukturně laditelným akustickým tlumením a tvarovou pamětí představují velkou vědeckou výzvu s významnými technologickými a společenskými dopady. Dosažený pokrok v jejich teoretickém popisu není zatím doprovázen experimentální validací předpovězených efektů. Přímé propojení geometrického návrhu a materiálů jejich geometrických stavebních bloků, sestavení algoritmů pro tvorbu funkčně specifického prostorového uspořádání stavebních bloků a efektivní technologie jejich průmyslové výroby jsou kritickými předpoklady pro jejich praktické využití. Paleta univerzálních stavebních bloků s hybridní strukturní geometrií, tvarovou pamětí a funkcionalitami pro jejich prostorově přesné spojování je nezbytným předpokladem pro efektivní přípravu mechanických metamateriálů s obrovským spektrem aplikací. Programování modulů pružnosti, Poissonova poměru, 3D ladění fononového absorpčního spektra nebo koeficientu teplotní roztažnosti na úrovni geometrie a materiálů stavebních bloků s tvarovou pamětí změní paradigma konstruování pro zvýšení pasivní bezpečnosti automobilů, letadel, satelitů i kosmických lodí, pro zvýšení odolnosti konstrukcí proti explozím a balistickým rázům, konstrukcí tlumících vibrace, prvků s laditelnou akustickou absorpcí, senzorických systémů, medicínských stentů a bionické protetiky. Cílem projektu je příprava palety funkčních polymerních nano-kompozitů s tvarovou pamětí, algoritmizace návrhu univerzálních geometricky hybridních stavebních bloků a sestavení digitálně synchronizované sekvence depozičních procesů těchto bloků do auxetik s 3D laditelným tlumením vibrací.
V současné době dochází k velkému rozvoji nanomateriálů, které nachází využití v průmyslu. S jejich masovým využitím se zvyšuje riziko průniku do životního prostředí, a proto je nutné monitorovat jejich vliv na různé ekosystémy. Spektroskopie laserem buzeného plazmatu (LIBS) je optická emisní metoda vhodná mimo jiné pro prvkové mapování povrchu velkých vzorků. Informace o biodistribuci a bioakumulaci materiálu v organismu je velmi důležitá pro správné vyhodnocení jeho toxického efektu. Metoda LIBS dokáže s dostatečným rozlišením detekovat kontaminanty v rostlinách. Cílem této práce je stanovení bioakumulace a translokace vybraných nanomateriálů v rostlinách.
Laserová ablace materiálu je základním stavebním kamenem chemické analýzy, kterou využívá několik technik analytické chemie. Spektroskopická studie charakteristického záření plazmatu poskytuje kvalitativní a kvantitativní informaci o složení materiálu. Standardní analýza vychází pouze ze zpracování detekovaného optického signálu. Samotný proces ablace je pak pouze na okraji zájmu a nedostává se mu náležité pozornosti. Avšak, pouze úplné pochopení komplexnosti, kterou interakce laserového záření s materiálem skrývá, může vést k dalšímu zlepšení zpracování dat. Tato práce bude zaměřena na studium vývoje laserem buzeného plazmatu v čase a prostoru, jeho optickém zobrazování a určování jeho termodynamických vlastností. Výstupy této práce budou dále použity v další optimalizaci ablace materiálů (vč. Biologických tkání), optomechanicky (sběrná optika) a algoritmů pro standardizaci signálu.
Demineralizace tvrdých tkání (zubů a kostí) je proces, při kterém jsou z hydroxyapatitové matrice tkáně uvolňovány minerální ionty (především vápník a fosfát). K tomu může docházet přirozeně v důsledku onemocnění (zubní kaz a osteoporóza) a úrazu nebo uměle např. vlivem kyselých roztoků. Demineralizace je také spojena s akumulací těžkých kovů v tvrdých tkáních. Tato práce bude zaměřena na analýzu demineralizovaných zubů a kostí pomocí spektroskopie laserem buzeného plazmatu (LIBS). Studium tkání s různými zdroji demineralizace, jako jsou těžké kovy, zubní kaz nebo umělé roztoky, a metodika pro včasnou detekci osteoporózy budou hlavními cíli této práce.
Doktorská práce se bude zabývat výzkumem v oblasti plynných katalytických reakcí pomocí analytických metod schopných monitorovat průběh reakce v reálném čase. Reakce budou studovány různými analytickými metodami, jako jsou UHV-SEM, E-SEM, MS, SIMS s cílem lépe porozumět mechanismu katalýzy na různých typech povrchů (krystaly, nanočástice) a v širokém rozsahu reakčních tlaků. V první fázi bude studována oxidace oxidu uhelnatého a následně další oxidační či redukční reakce důležité v technické praxi. Součástí práce bude i vývoj nových metod a zařízení umožňující pozorování v reálném čase a při různých experimentálních podmínkách.
Pochopení magnetických vlastností materiálů je úzce spjato se studiem jejich struktury. Jako důsledek redukce velikosti částic či teploty pozorování byly v minulých letech popsány zcela nové typy magnetického chování, např. superparamagnetizmus. Důležité je, že magnetický stav může citlivě záviset na atomové struktuře, hranicích zrn nebo magnetických doménách, které se všechny výrazně mění s teplotou. Z tohoto důvodu bude studium těchto strukturních aspektů za nízkých teplot tématem navrhovaného PhD studia. Práce bude zahrnovat: - Přípravu materiálů pomocí několika metod - Studium struktury materiálu za pomocí RTG, SEM, TEM, AFM…. - Magnetická měření za pomocí VSM, PPMS a SQUIDu
Školitel: Friák Martin, Mgr., Ph.D.
Holografické kvantitativní fázové zobrazení s nekoherentním zdrojem světla (HiQPI) je unikátní zobrazovací technika vyvinutá naší skupinou. Umožňuje získávat vysoce kvalitní kvantitativní fázové obrazy vzorků, například živých buněk, a to i v případě, když jsou ponořeny do rozptylujícího prostředí. Velkou výzvou pro kvantitativní fázové zobrazování je dosažení superrozlišení, neboť přístupy obvyklé v mikroskopii nejsou aplikovatelné. Nedávné výpočty, simulace i experimenty a ukázaly, že v HiQPI je možné dosáhnout subdifrakčního rozlišení (superrozlišení) díky částečně koherentnímu osvětlení, což je v holografické mikroskopii unikátní. Neprozkoumaná zůstává i oblast aplikace kvantové Fisherovy informace umožňující prolomit klasický limit rozlišení v případě speciálních typů objektů. Student prozkoumá různé techniky k dosažení superrozlišení a jejich využitelnost v HiQPI. Součástí řešení tématu bude teoretický rozbor každé metody, návrh jejího provedení v HiQPI a v neposlední řadě také experimentální ověření na mikroskopu Q-Phase. Nejúspěšnější technika superrozlišení pak bude aplikována na experiment se živými buňkami.
Školitel: Chmelík Radim, prof. RNDr., Ph.D.
Konfigurace elektronové struktury přechodných kovů, vyznačující se neúplně zaplněnými orbitaly a ochotou vytvářet kationty, umožňuje vznik celé řady koordinačních komplexů nebo intermetalik, které jsou charakteristické svou širokou škálou oxidačních stavů, jedinečnými chemickými a fyzikálními vlastnostmi, a vynikají vysokým potenciálem pro využití v oblastech nových udržitelných a obnovitelných zdrojů energie. Téma doktorského studia tak bude zaměřeno na vývoj protokolů zelené chemie, mechanochemie a/nebo práškové metalurgie za účelem syntézy nebo přípravy vybraných komplexů na bázi konkrétních přechodných kovů (Ti, Fe a Mn), jejich interakci s různými prostředími, pokročilou charakterizací jejich vlastností, jakož i jejich zhutněním a slinováním do podoby prekurzorů nebo terčů pro využitelnost v oblasti tenkovrstvých depozičních technologií. Během studia bude mít uchazeč příležitost pracovat na vývoji metodik chemické syntézy, a seznámí se s různými metodami charakterizace materiálů a jejich výrobních technologií. Přihlášku mohou podat pouze vysoce motivovaní a týmoví uchazeči s dosavadními vynikajícími výsledky a ambicí v oblastech chemie, materiálových věd a strojírenství.
Školitel: Čelko Ladislav, doc. Ing., Ph.D.
Znalost spinových relaxací elektronů má zásadní význam pro vývoj a zdokonalování spintronických zařízení, katalytických procesů a také v metodě zvyšování citlivosti nukleární magnetické rezonance (NMR), tzv. technice dynamické jaderné polarizace (DNP). V tomto ohledu doktorand implementuje metody pulzní elektronové spinové rezonance (ESR) do stávajícího špičkového ESR spektrometru FRASCAN (Frequency Rapid Scan) na CEITEC, který pracuje do frekvencí 1 THz, magnetického pole 16 T a teploty až 2 K. Cíl tohoto doktorského tématu lze rozdělit do dvou částí. Nejprve student implementuje vysokofrekvenční pulzní ESR techniku do stávajícího spektrometru FRASCAN vývojem nového (Fabry-Perot rezonátoru) a adaptací stávajících držáků vzorků podporujících multifrekvenční ladění pro měření různých vzorků v kapalné i pevné fázi. Pozornost bude věnována rezonančním frekvencím 263 GHz, 329 GHz, 394 GHz a 459 GHz, které jsou důležité pro studie DNP. Za druhé, úspěšná implementace výše uvedeného umožní provádění multifrekvenčních spinových relaxačních studií T1 a T2 organických radikálů a také tenkých filmů nanesených na Fabry-Perotových zrcadlech v širokém rozsahu frekvencí a teplot. Tyto relaxační studie budou dále korelovány s těmi, které byly získány pomocí frekvenčních rychlých skenovacích experimentů prováděných ve skupině. Stručně řečeno, student bude dobře vyškolen ve vývoji nejmodernějších metod magnetické rezonance v jedné z předních světových skupin.
Cín byl historicky hojně používaný materiál a dodnes nachází četná uplatnění, např. při pájení. Je zajímavé, že některé aspekty fázové transformace beta-Sn na alfa-Sn, známé také jako cínový mor (rozpad kovového Sn na nesoudržný prášek), nejsou doposud uspokojivě vysvětleny. Publikovaná data týkající se tohoto fázového přechodu si bohužel protiřečí ohledně (1) mechanismu transformace, (2) vlivu legujících prvků i (3) aspektů tzv. očkování (vtlačení alfa-Sn do podchlazené beta-Sn). Cílem navrhovaného doktorského studia budou teoretické výpočty zaměřené na objasnění výše zmíněných tří problémů. V letech 2022-2024 se předpokládá provázaní výpočtů s experimenty v rámci projektu Grantové agentury České republiky č. 22-05801S.
Dynamická nukleární polarizace (DNP) je jev, který významně zesiluje citlivost NMR (stokrát a vice). Existuje několik mechanismů DNP, přičemž všechny vychází z přenosu polarizace spinu elektronu (pocházející ze speciálního polarizačního činidla) na jádro. Tento process je do značné míry závislý na relaxaci spinu elektronu polarizačního činidla. Kvůli technologickým limitům se nicméně dynamika spinu polarizačních činidel studuje jen zřídka při frekvencích nad 100 GHz, repsketive 263, 329 a 394 GHz, což odpovídá frekvencím jádra v NMR při 400, 500 a 600 MHz. Vlastnosti relaxace spinů jsou obvykle studovány pulsními metodami. Stávající úroveň mikrovlnných zdrojů při THz frekvencích bohužel neumožňuje, především z hlediska výstupního výkonu, implementaci pulsních technik v širokém pásmu frekvencí. Z tohoto důvodu je spektroskopie rapidně skenovací elektronové spinové rezonance (RS-EPR) jediná možná technika pro studium dynamiky spinů při THz frekvencích. V tomto projetu bude PhD student (i) vyvíjet a implementovat techniku vysokofrekvenčních měření ve spektrometru vysokofrekvenční EPR ve vysokém magnetickém poli a (ii) studovat procesy relaxace spinů různých polarizačních činidel DNP v širokém pásmu frekvencí a teplotním rozpětí.
Topologické izolátory (TI) jsou charakteristické tím, že ačkoli jsou objemovým nevodičem, mají vodivý povrch a představují tak jedinečné vlastnosti kvantového stavu materiálu. Proto jsme nyní svědky enormního zájmu o tyto materiály. Předpokládá se, že materiály TI mají velký potenciál sloužit jako platforma pro spintroniku, a to především kvůli jejich elektronickým stavům ovládaných spinem. Tyto stavy by mohly otevřít nové cesty pro vznik aplikací ve spintronice, kvantových počítačích a magnetoelektrických zařízeních. Kromě toho se předpokládá, že propojení TI se supravodivými vrstvami dá vzniknout dosud nepoznaným fyzikálním jevům - od indukovaných magnetických monopólů po fermiony Majoranova typu. Cílem této disertační práce je i) syntetizovat teoreticky studované topologické izolátory a ii) zkoumat topologické supravodiče, vytvořené hybridizací TI a supravodivých materiálů. Tenké vrstvy TI a supravodičů budou vyráběny pomocí fyzikálních depozičních metod, použitím magnetronového narprašování a pulzní laserové depozice a epitaxní depozicí z molekulárních svazků. Získané vrstvy budou charakterizovány rentgenovou difrakční metodou, rentgenovou fotoelektronovou spektroskopií (XPS), rastrovací elektronovou mikroskopií (SEM) a HR (S)TEM. Magnetické vlastnosti materiálů budou zkoumány pomocí magnetometru (VSM). Na připravených vzorcích budou rovněž prováděna magneto-transportní měření.
Pro splnění narůstajících požadavků na výkon laseru, kvalitu optického svazku, účinnost, rozměry a hmotnost je nezbytné optimalizovat design aktivního prostředí laseru. Díky nedávnému technologickému pokroku v polykrystalické keramice se otevřela cesta k nové architektuře aktivního prostředí laseru, která byla dříve u monokrystalů nedosažitelná. Cílem tohoto Ph.D. tématu bude vyvinout keramické kompozitní struktury optické kvality založené na yttrito-hlinitém granátu dopovaného prvky vzácných zemin. Pro přípravu laserových keramik budou použity pokročilé tvarovací a slinovací technologie založené na koloidním tvarování včetně 3D keramického tisku a slinovaní za zvýšeného tlaku. Keramiky budou hodnoceny z hlediska efektivnosti a využitelnosti v zamýšlených laserových aplikacích.
Holografické kvantitativní fázové zobrazení s nekoherentním zdrojem světla (HiQPI) je unikátní zobrazovací technika vyvinutá na VUT v Brně. Experimenty a simulace ukázaly, že ze sady zobrazení získaných touto technikou je možné rekonstruovat trojrozměrné rozložení indexu lomu pozorovaného vzorku. Využívá se přitom unikátního efektu koherenční brány, který nastává při použití zdroje s nízkou koherencí. Cílem práce bude prozkoumat různé přístupy k 3D zobrazení vzorku a porovnat jejich parametry. Součástí práce bude teoretický rozbor každé metody, návrh jejího provedení a také experimentální ověření na mikroskopu Q-Phase. Nejvhodnější technika 3D zobrazení pak bude aplikována v experimentu se živými buňkami.
Vodík je velmi perspektivním a ekologickým palivem, které může přinést významné ekonomické a environmentální výhody. Hlavní překážkou pro budoucnost vodíkové technologie je však bezpečné a efektivní ukládání vodíku (HS). Ukazuje se, že jednou z možností je HS v pevné fázi kovových materiálů (HSM). Avšak dosud zkoumané HSM nemají vlastnosti vhodné pro ukládání vodíku při teplotách a tlacích vyžadovaných pro technické aplikace. Hlavní téma této práce je proto studium HS vlastností nových modelových slitin s potenciálem sorpce vodíku za pokojových teplot a nízkých tlaků. Jedním z možných způsobů ovlivnění HS vlastností je změna stavu struktury a chemického složení HSM. Výsledky by mohly ukázat nový směr vývoje HSM.
Dizertační práce se zaměří na nalezení efektivních cest k ovládání magnetických konfigurací bez aplikovaných magnetických polí pomocí femtosekundových laserových stimulů. Zúčastněné fyzikální jevy jsou spojeny s ultrarychlou spinovou dynamikou a souvisejícím přenosem energie a momentu hybnosti mezi spinem, elektrony a mřížkou. Navrhovaný experimentální přístup bude využívat magnetické heterostruktury ke generování kolektivních magnetických excitací. Projekt předpokládá předchozí zkušenosti s optickými sestavami.
Rentgenové snímání nabízí možnost nedestruktivně vizualizovat vnitřní strukturu měřeného vzorku. Často se používá k určení přítomnosti a morfologie vad (inkluze, póry, trhliny atd.) ve vzorcích v mnoha odvětvích. Umělá inteligence a konkrétně hluboké učení představují v současnosti nejvýkonější metody v různých oblastech analýzy obrazů, včetně detekce defektů. Nicméně, často vzniká problém s omezeným množstvím či nízkou kvalitou anotovaných obrazových dat. V tomto projektu budou vyvinuty pokročilé strategie trénování a weakly-supervised či unsupervised techniky pro tvorbu robustních modelů hlubokého učení pro detekci defektů v průmyslovém rentgenovém snímání. Tyto modely budou nakonec validovány na mnoha skutečných aplikacích rentgenové deteckce defektů.
Aditivní technologie slouží v současnosti jako efektivní nástroj pro návrh a rychlou výrobu prototypů v různých průmyslových odvětvích. V budoucnosti naleznou uplatnění při malo- či středně-sériové výrobě součástek s nejnáročnějšími požadavky. Obecně tyto technologie nabízí nové a revoluční možnosti výroby z hlediska tvarové komplexnosti, nedosažitelné současnými konvenčními výrobními postupy. Jednou z nejrozšířenějších metod je tzv. selektivní tavení laserem, kde vstupní materiál je ve formě prášku, který se řízeným pohybem laseru taví a při následném tuhnutí tvoří požadované struktury. V posledních letech se objevují studie, kde pomocí změn parametrů výkonu a pohybu laserového paprsku lze ovlivňovat způsob tuhnutí nataveného prášku. Díky tomu lze dosáhnout ovlivnění výsledné struktury materiálu z hlediska krystalografické orientace jednotlivých zrn. Tento princip otevírá novou možnost pro průmysl v podobě výroby tvarově složitých dílů s optimalizovanou strukturou pro předpokládané namáhání. Téma disertační práce je zaměřeno na optimalizaci výrobního procesu selektivního tavení laserem s cílem získat materiály s usměrněnou krystalografií a následnou charakterizaci vlivů různých krystalografických orientací na únavovou odezvu a životnost. Student bude v úzkém kontaktu s pracovníky výzkumného centra NETME a bude se podílet na optimalizaci výrobních parametrů. Dále si osvojí práci s rastrovacím elektronovým mikroskopem (REM), který bude využíván k analýze připravených struktur. Únavové zkoušky budou provedeny na moderních zkušebních strojích Instron a MTS. Získaná data budou dána do relace s podrobnou analýzou probíhajících deformačních mechanismů nalezených pomocí optické a elektronové mikroskopie. Získané výsledky významně přispějí k hlubšímu pochopení únavové odolnosti ocelí vyrobených pomocí technologie selektivního tavení laserem. Cíle práce: 1. Optimalizace výrobního procesu selektivního tavení laserem s cílem dosáhnout struktur se silnou anizotropií ve vybraných krystalografických směrech. 2. Podrobné charakterizace odezvy materiálu na cyklické zatěžování. 3. Popis únavové životnosti jednotlivých struktur různých krystalografických charakteristik. 4. Detailní analýza aktivních deformačních mechanismů a charakterizace typických procesů spojených s únavovým poškozením.
Školitel: Šmíd Miroslav, Ing., Ph.D.
Práce je zaměřena na systematický experimentální výzkum souvislostí mezi povrchovou topografií substrátu a adhezí, mikrostrukturou a užitnými vlastnostmi žárově nanášených povlaků. Povrchová topografie substrátu bude charakterizována metodami více-úrovňové analýzy. V rámci práce budou studovány konvenční a pokročilé materiálové systémy pro aplikaci v oblastech transportu a výroby energie. Cílem práce je identifikace optimální topografie substrátu, která povede ke zlepšení užitných vlastností a zvýšení provozní životnosti stávajících povlaků.
Školitel: Slámečka Karel, Ing., Ph.D.
Práce bude zaměřena na stanovení vztahu mezi strukturou a konstrukčním řešením a vlastnostmi niklových superslitin jakožto stále progresivního materiálu. Tématem práce bude charakterizovat vliv licích defektů a konstrukčních vrubů představujících koncentrátory napětí na únavovou životnost součástí. Bude se sledovat zejména souvislost mezi mikrostrukturou superslitiny a její tolerancí k defektům při cyklickém zatěžování za vysokých teplot. Únavové testy budou provedeny na tělesech bez i s konstrukčními vruby. Zatímco pro strukturní analýzu a stanovení vlivu strukturních defektů bude využito rastrovací elektronové mikroskopie, pro hlubší analýzu operujících mechanizmů únavového poškozování bude využito transmisní mikroskopie. Výsledky práce rozšíří poznatky o vlivu defektů na únavovou životnost součástí z niklových superslitin a pomohou predikovat jejich únavovou životnost.
Školitel: Fintová Stanislava, doc. Ing., Ph.D.
Tato disertační práce bude zaměřena na posouzení účinků povrchového zušlechťování metodou LSP na různé druhy slitin. Laser shock peening (LSP) vytvrzuje povrch pomocí pulzního laserového svazku, který generuje silnou kompresní rázovou vlnu po dopadu na povrch materiálu. Rázová vlna se šíří materiálem a vytváří kompresní zbytková napětí na povrchu materiálu. To zvyšuje odolnost materiálu vůči některým poruchám nebo zvyšuje tvrdost povrchové vrstvy. K charakterizaci materiálu budou využity různé mikroskopické metody, rentgenová difrakce a další metody.
Cílem projektu je teoretický popis strukturních a elektronických vlastností transportních nábojových vrstev, jejich vliv na následné molekulární vrstvy a návrh molekulárních prekurzorů pro zvýšení efektivity transportní nábojové vrstvy. Detailnější popis pozice je uveden v angličtině. Detailnější popis je k dispozici v anglické verzi.
Vývoj tohoto tématu směřuje k výrobě porézních kovových materiálů metodou přímého napěňování. Projekt zahrnuje úpravu povrchu, studium mikrostruktury a mechanických vlastností materiálů a také jejich cytokompatibility. Na konci Ph.D. programu, uchazeč bude mít dovednosti a koncepční znalosti výroby a charakterizace porézních materiálů s uplatněním v průmyslu a biomedicíně. Žadatelé musí prokázat iniciativu a dispozice pro výzkum se solidním odborným, metodologickým a etickým školením k rozvoji původního výzkumu.
Školitel: Oliver Urrutia Carolina, MDDr., Ph.D.
Technologie laserové fúze v práškovém loži (L-PBF) je velkým příslibem na poli výroby strojních součástí, jelikož umožňuje výrobu komponent složitých geometrií, vnitřních tvarů atp., které by bylo velmi obtížné vyrobit konvenčními technologiemi. Student se zaměří na niklovou superslitinu IN939 připravenou metodou L-PBF. Zvláštní pozornost bude věnována vlivu směru tisku a tepelného zpracování na mikrostrukturu a únavové a creepové chování. Pomocí pokročilých mikroskopických technik bude popsán komplexní mechanismus vysokoteplotní degradace probíhající během únavového a creepového zatížení L-PBF IN939 v tepelně zpracovaném stavu. Získané experimentální údaje o únavovém a creepovém chování s intenzivní mikrostrukturní analýzou a numerickým modelováním otevřou cestu k lepšímu pochopení vysokoteplotních degradačních mechanismů niklových superslitin
Školitel: Kuběna Ivo, Ing., Ph.D.
Vzhledem k blížícímu se nástupu kvantových počítačů ve velmi blízké budoucnosti se do popředí zájmu široké vědecké komunity dostává otázka uplatnění těchto nových výpočetních platforem v oblasti teoretických výpočtů v materiálové vědě. Primárním tématem navrhované dizertační práce budou teoretické výpočty materiálů za použití stávajících kvantových počítačů a jejich simulátorů. Sekundárním tématem bude rozvoj softwarových nástrojů vhodných pro nastupující kvantové výpočetní technologie a systémy.
Metoda spektroskopie laserem buzeného plazmatu, patřící do skupiny technik atomové emisní spektroskopie, je v posledních letech označována za jednu z nejvíce expandujících spektroskopických technik zejména v oblasti biologického a medicínského výzkumu. Jedná se o kvazidestruktivní analytickou metodu s rozsáhlými možnostmi prvkové analýzy, která je schopná detekovat makrobiogenní a mikrobiogenní prvky, které tvoří danou živočišnou tkáň. Náplní disertační práce je kompletní a netriviální optimalizace parametrů měření měkkých tkání u techniky spektroskopie laserem buzeného plazmatu (LIBS) spolu se zpracováním a vyhodnocením získaných dat. Dále implementace ideální metodologie pro měkké tkáně na modelových vzorcích orgánů laboratorních myší. Hlavním předmětem výzkumu budou hlodavčí orgány, např. polycystické myší ledviny v různých vývojových stádiích. Výsledky z LIBS analýz budou doplňovány komplementárními analytickými technikami, jako je ICP-OES, LA-ICP-MS nebo standartní optickou mikroskopií (histologie).
The study will be aimed at design, fabrication, and characterization of resonant plasmonic nano- and micro-structures (“diabolo” antennas, split ring resonators, etc.) providing a significant local enhancement of magnetic components of electromagnetic fields. The structures with resonant properties particularly in the IR and THz will be studied, with respect to their potential applications in relevant spectroscopic methods.
Doktorská práce se bude zabývat především výzkumem a vývojem nových analytických přístupů v oblasti hmotnostní spektrometrie sekundárních iontů (Secondary ion mass spectrometry – SIMS) a elektronové mikroskopie pro studium nanostruktur a jejich schopnosti moderovat katalytické reakce (CO oxidace, CO2 hydrogenace a podobně). Práce bude zaměřena na vývoj nových experimentálních postupů schopných monitorovat složení povrhu a nanostruktur při reakcích v reálním čase.
Magnetismus v látkách je způsoben existencí nespárovaných spinů elektronů a interakcí mezi nimi v různých materiálech od oxidů kovů po molekulární systémy. Kolektivní chování spinů, také známé jako kvantové provázání spinů je v současnosti velmi zkoumané téma díky jejich aplikacím v komunikačních a výpočetních technologiích. Elektronová spinová rezonance (ESR) je klíčová metoda, která umožňuje zkoumání spinových stavů a interakcí mezi spiny. ESR bylo aplikováno na monomerní a dimerní spinové systémy pro identifikaci kvantových přechodů mezi provázanými fázemi pomocí změny parametrů jako je teplota nebo orientace externího magnetického pole. Cíl tohoto projektu je identifikace vhodných materiálů jakožto spinových dimerů molekulární povahy a aplikace ESR spektroskopie na studium přechodů kvantových fází za vysokých frekvencí (až do 1 THz) a vysokých magnetických polí (až do 16 T).
Ultra Fast TEM (U-TEM) umožňuje sledovat dynamické jevy jako jsou fázové změny, tání/krystalizaci materiálů s časovým rozlišení v ns až ps. Dále je pomocí stroboskopického osvětlení (další mod U-TEM) pozorovat vzorky citlivé na expozici elektronovým svazkem. Současné U-TEM mikroskopy používají fotoemisní zdroje či kombinaci standardních zdrojů s velmi rychlými deflektory (RF cavity, …). Nanostrukturní materiály se jeví jako velmi perspektivní pro výrobu elektronových zdrojů U-TEM. Například GaN materiály jsou díky své značné chemické a tepelné odolnosti a nízké hodnotě spínacího napětí 1.25 V/m a vysoké proudové hustotě slibným kandidátem pro tyto účely. Vlastnosti katody do značné míry závisí na formě a tvaru nanostruktur jako jsou například nanotrubky, nanosloupečky a nanokrystaly.
Spektroskopie laserem buzeného plazmatu (LIBS) je výkonná analytická technika, která si získává oblibu v polymerním průmyslu při detekci a kvantifikaci stopových prvků. Jedním z problémů při analýze polymerních matric je detekce halogenů a dalších prvků ve stopových množstvích. Bylo prokázáno, že vícepulsní LIBS zlepšuje limity detekce halogenů a dalších stopových prvků v polymerních matricích. Hlavním cílem této práce je využití multipulzní LIBS pro detekci stopových prvků (zejména halogenů) v polymerní matrici. Tento přístup by měl mít oproti jiným analytickým technikám několik výhod; vyžaduje minimální přípravu vzorků různých polymerů, včetně polyethylenu, polypropylenu a polyvinylchloridu. Tato technika má potenciál zlepšit kontrolu kvality polymerů tím, že poskytuje přesnou a spolehlivou detekci stopových prvků, které mohou ovlivnit vlastnosti konečného výrobku.
Geometricko-fázové optické prvky představují nový nástroj pro komplexní tvarování světla a generování speciálních světelných stavů. Na rozdíl od tradičních refraktivních prvků, geometricko-fázové prvky tvarují světlo pomocí transformace jeho polarizačního stavu. Díky technologii tekutých krystalů, nebo principům plazmoniky, umožňují geometricko-fázové prvky provádět náhlé změny fáze na fyzicky tenkých substrátech. Jejich kompaktní rozměry a unikátní polarizační vlastnosti z nich dělají ideální kandidáty na jednoduše integrovatelné prostorové modulátory světla. Tématem disertační práce je nalezení a ověření potenciálu geometricko-fázových prvků v jednocestné digitální holografii a pokročilém optickém zobrazování.
Školitel: Bouchal Petr, Ing., Ph.D.
3D tisk představuje metodu aditivní výroby s bezprecedentní kontrolou nad tvarem tištěného dílu a jeho vnitřní struktury. Jedním z omezení FDM technik jsou komplikace při tištění struktur obsahujících porozitu. Auxetické struktury jsou porézní systémy vyznačující se negativním Poissonovým poměrem. 3D tisk umožňuje výrobu struktur s gradientem Poissonova poměru i gradientem porozity, což vytváří zcela nové možnosti pro řízení deformační odezvy především v oblasti rázového namáhání. Zonální polymerace je jednou z možností, jak tisknout porézní struktury bez nutnosti sekundárního podpůrného materiálu a navíc umožňuje nízkoenergetický tisk velkých výrobků jak z polymerů tak z polymerních kompozitů, což umožní tuto techniku posunout z prototypování do skutečné výrobní techniky. Proto budou zkoumány strategie 3D tisku včetně za pomocí světlem iniciované zonální polymerace epoxidových materiálů a komplexní mechanická a termomechanická odezva připravených struktur. Součástí bude charakterizace morfologie vytištěných materiálů, sledování kinetiky reakce metodami FTIR, foto-rheologie, foto-DSC, mechanická a termomechanická měření pomocí DMA.
Použití 2D materiály pro přípravu superkapacitorů. Kandidát získá zkušenost s 2D materiály, různými technologiemi přípravy 2D materiálů, a přípravě superlkapacitorů s vysokou účinností
Práce se bude soustředit na přípravu a charakterizaci 2D materiálů se pro elektrolýzu znečištěných vod za účelem jejich purifikace.
Suprakondenzátory patří k nejperspektivnějším technologiím ukládání energie, neboť nabízejí výjimečné vlastnosti, jako např. ultravysokou hustotu ukládané energie a velmi dlouhou životnost. PhD studium se bude věnovat výzkumu hybridních struktur 2D materiálů založených na tzv. „MXenes“ a černém fosforu (BP) a vhodných pro vysoce výkonné elektrody superkondenzátorů. Zaměří se na (i) komplexní charakterizaci těchto 2D hybridních struktur až do atomární úrovně, což poskytne fundamentální informaci o interakci mezi složkami těchto struktur, a dále na (ii) in situ studium chemické stability a růstových mechanismů těchto materiálů. Ve studium budou použity nejmodernější charakterizační metody nacházející se ve výzkumné infrastruktuře CEITEC Nano, jako např. nízkoenergiová elektronová mikroskopie (LEEM), UHV STM/AFM, rtg. fotoelektronová spektrockopie (XPS), spektroskopie rozptylu nízkoenergiových iontů (LEIS), rastrovací Augerova mikroskopie(SAM), FT-IR spektroskopie a (rastrovací) transmisní elektronová mikroskopie s vysokým rozlišením (HR (S)TEM). Bude rozvíjena spolupráce s Technickou univerzitou v Drážďanech, která bude zabepečovat syntézu vzorků.
Použití 2D Materiálů pro přípravu baterií. Kandidát získá zkušenost s 2D materiály, jako jsou MXeny, černý fosfor a přípravě baterií s vysokou účinností
Dizertační práce se bude zabývat vývojem 3D epitaxního tisku využívajícího kapek eutektických kapalin, jimiž je pohybováno pomocí elektronového svazku (elektronové pinzety) v mikroskopu UHV-SEM, vyvinutém ve spolupráci s firmou TESCAN. Během pohybu je kapka obsahující zlato sycena atomy germania (křemíku), to má za následek epitaxní depozici polovodiče v místech výskytu kapky. Pohyb kapky a tedy i místa „tisku“ polovodiče je tak možno programově řídit. Součásti práce bude optimalizace tohoto procesu včetně jeho sledování v reálném čase pomocí UHV-SEM mikroskopu.
3D tisk pro přípravu katalyzátorů pro vývoj vodíku. Kandidát získá zkušenost s 3D tiskem, různými technologiemi 3D tisku, a přípravě elektrolyzérů pro vývoj vodíku s vysokou účinností
Použití 3D tisku pro přípravu baterií. Kandidát získá zkušenost s 3D tiskem, různými technologiemi 3D tisku, a přípravě baterií s vysokou účinností
Použití 3D tisku pro přípravu superkapacitorů. Kandidát získá zkušenost s 3D tiskem, různými technologiemi 3D tisku, a přípravě superlkapacitorů s vysokou účinností
Téma se zabývá 4D tiskem, tedy 3D tiskem kde 4dimenzí je čas a aplikacemi pro biomedicínu. Supervisor je Highly Cited Researcher. Více na www.pumera.org, více info o skupině na www.energy.ceitec.cz . Součástí PhD je zaškolení na high tech přístroje, viz www.nano.ceitec.cz
Studijní plán oboru není zatím pro tento rok vygenerován.