dizertační práce

Teoretické studium magnetických stavů ve slitinách s odlišnou úrovní uspořádání

Text práce 9.05 MB Teze 6.5 MB

Autor práce: Ing. Pavel Papež

Ak. rok: 2025/2026

Vedoucí: Mgr. Martin Friák, Ph.D.

Oponenti: prof. Mgr. Miroslav Černý, Ph.D., Priv.-Doz. Mgr. David Holec, Ph.D.

Abstrakt:

Tato práce se zabývá studiem magnetismu pomocí ab initio metod. Tyto metody umožňují jednoduchý přístup k materiálovým vlastnostem bez nutnosti experimentálních měření. Ab initio výpočty v této práci byly provedeny programem Vienna Ab initio Simulation Package (VASP) pomocí projektovaných přidružených vln (PAW) zatímco výpočty molekulové dynamiky byly provedeny programem LAMMPS v kombinaci s univerzálním potenciálem GRACE. Výpočty byly provedeny na třech materiálech, slitině s vysokou entropií CoCrNi, intermetaliku YMn2 a základnímu alotropu prvku alfa-Mn. Pro slitinu CoCrNi byly výpočty použity k popisu vlivů uspořádání na krátkou vzdálenost na magnetické momenty a přenos náboje v materiálu. Dále pak byly tyto získané výsledky provázány s fázovou stabilitou této slitiny, jejíž teplotní závislost byla dále simulována pomocí molekulové dynamiky. Také proběhlo porovnání získaných výsledků pomocí ab initio metod s univerzálními potenciály k zjištění jejich přesnosti. Pro intermetalikum YMn2 byly výpočty provedeny pro několik možných uspořádání magnetických momentů s cílem získat základní stav. Tyto výpočty byly provedeny s nekolineárními magnetickými momenty. Po úspěšném popisu komplikované magnetické struktury čistého Mn pomoci metaGGA funkcionálu byl následně použit na intermetalikum YMn2 k zisku experimentálně měřených magnetických struktur.

Klíčová slova:

Ab initio, VASP, slitiny s vysokou entropií, intermetalika, CoCrNi, YMn2, alfa-Mn, GRACE, metaGGA, LAMMPS

Termín obhajoby

24.09.2025

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znamkaPznamka

Průběh obhajoby

Disertační práce přináší řadu originálních a zajímavých výsledků studia magnetismu ve slitině s vysokou entropií CoCrNi a v intermetalické fázi YMn2 za pomocí ab initio metod. Tyto výsledky jsou dále rozšířeny o data z meziatomových potenciálů získaných pomocí strojového učení. Aktuálnost a dostatečnou vědeckou úroveň práce dokládají i 3 impaktované publikace, na jejichž vzniku se Ing. Papež podílel a které byly ke dni obhajoby 29x citované.

Jazyk práce

angličtina

Fakulta

Ústav

Studijní program

Materiálové vědy (D-MAT-P)

Složení komise

prof. Mgr. Miroslav Černý, Ph.D. (předseda)
prof. RNDr. Mojmír Šob, DrSc. (člen)
doc. Mgr. Jana Pavlů, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Pavel Šandera, CSc. (člen)
Priv.-Doz. Mgr. David Holec, Ph.D. (člen)

Posudek vedoucího
Mgr. Martin Friák, Ph.D.

Předkládaná disertační práce Ing. Pavla Papeže obsahuje jak stručný úvod do teoretických metod využívaných při studiu magnetických materiálů s různým stupněm uspořádání, tak výsledky získané pro slitinu CoCrNi, intermetalickou sloučeninu YMn2 a čistou fázi alpha-Mn. Za velmi cenné považuji to, že ing. Papež nepoužíval pouze kvantově-mechanické výpočty, ale také několik typů meziatomových potenciálů získaných strojovým učením. Výsledky kriticky srovnává a ukazuje, že magnetické materiály jsou i pro moderní výpočetní metody využívající nástroje umělé inteligence velkou výzvou a přesnost jejich předpovědí zatím není dostatečná.

Cílem práce bylo prozkoumat vliv uspořádání v materiálech na jejich magnetické stavy pomocí teoretických metod výpočetní materiálové vědy. Jako příklad materiálu s různou mírou chemického uspořádání atomů je vybrána slitina CoCrNi. Ing. Papež ji simuluje ve dvou různých krystalických strukturách (hcp a fcc) a pro několik úrovní uspořádání atomů v těchto krystalech. Spočtené energie, lokální magnetické momenty atomů a elektronovou hustotu pak porovnává. Výsledky byly opublikovány ve dvou impaktovaných publikacích v uznávaných mezinárodních časopisech (na jedné je Ing. Papež prvním autorem).

Jako příklad materiálu, který je chemicky sice uspořádaný, ale může vykazovat různorodé magnetické stavy, je vybrána intermetalická sloučenina YMn2. Její složitost spočívá v existenci několika kolineárních magnetických stavů a dokonce některých nekolineárních stavů s podobnou energií. Ing. Papež energetiku těchto stavů pečlivě studuje a hledá základní stav. O výsledcích chystáme impaktovanou publikaci.

Ing. Papež doposud úspěšně složil všechny plánované zkoušky a v rámci řešení své disertační práce si osvojil pokročilé výpočetní metody, např. kvantově-mechanické výpočty nekolineárních magnetických stavů, metaGGA funkcionály, nebo moderní přístupy založené na meziatomových potenciálech využívajících nástrojů umělé inteligence jako jsou univerzální potenciály CHGNet a GRACE získané strojovým učením.

Na kvalitu vědecké práce Ing. Papeže lze usuzovat i z toho, že se aktivně účastnil řešení dvou projektů GAČR. Jeho dosažené výsledky jsou součástí celkem tří vědeckých článků publikovaných v uznávaných mezinárodních časopisech (na jednom z nich je Ing. Papež hlavním autorem) a řady konferenčních příspěvků. V roce 2024 také absolvoval tříměsíční vědecký pobyt v zahraničí v rakouském Leobenu. Mimo vědecké aktivity se Ing. Papež podílí také na výuce a je platnou součástí týmu ÚMVI.

Předloženou disertační práci doporučuji k obhajobě a doporučuji známku výborně / A.

Známka navržená vedoucím: A

viz. posudek v PDF
Soubor vložený oponentem Velikost
Posudek oponenta [.pdf] 115,07 kB

viz. posudek v PDF
Soubor vložený oponentem Velikost
Posudek oponenta [.pdf] 98,35 kB

Odpovědnost: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová