Prezenční studium

4 roky

prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc.

Předseda :
prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc.
Člen interní :
prof. RNDr. Petr Dub, CSc.
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D.
prof. Ing. Ivan Křupka, Ph.D.
prof. RNDr. Pavel Šandera, CSc.
Člen externí :
RNDr. Antonín Fejfar, CSc.
prof. Mgr. Dominik Munzar, Dr.
prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D.

Cílem doktorského studia v navrhovaném programu je příprava vysoce vzdělaných odborníků v oblasti fyzikálního inženýrství a nanotechnologií s dostatečnou zahraniční zkušeností, kteří budou schopni vykonávat samostatnou tvůrčí, vědeckou a výzkumnou činnost v akademické či aplikační sféře u nás i v zahraničí. Studium je založeno na vlastní tvůrčí a výzkumné práci doktorandů na úrovni standardně požadované na zahraničních pracovištích v oblastech výzkumu realizovaného na školicím pracovišti a podporovaného národními a mezinárodními projekty. Jedná se tyto oblasti aplikované fyziky: fyzika povrchů a nanostruktur, světelná a částicová optika a mikroskopie, konstrukce fyzikálních přístrojů a zařízení, mikromechanika materiálů.

Absolvent má znalosti, dovednosti a kompetence pro vlastní tvůrčí činnost v některé z oblastí, v nichž se realizují výzkumné aktivity školicího pracoviště. Jde o aplikace fyziky zejména v oblasti fyziky povrchů a nanostruktur, dvoudimenzionálních materiálů, nanoelektroniky, nanofotoniky, mikromagnetismu a spintroniky, biofotoniky, pokročilé světelné mikroskopie a spektroskopie, elektronové mikroskopie, laserové nanometrologie a spektroskopie, počítačem řízené rentgenové mikro a nanotomografie, mikro a nanomechaniky, vývoje technologických a analytických zařízení a metod pro mikro/nanotechnologie. K vysoké úrovni vzdělávání přispívá možnost využití personálního a materiálního zázemí poskytovaného výzkumnou infrastrukturou CEITEC a rovněž rozsáhlá spolupráce s významnými zahraničními pracovišti. To garantuje, že absolvent je schopen prezentovat ústně i písemně výsledky své práce a diskutovat o nich v angličtině. Vzhledem k vysokým odborným kompetencím a flexibilitě absolventi nalézají uplatnění jak v oblasti výzkumu na univerzitách a v jiných výzkumných institucích u nás i v zahraničí, tak v high-tech firmách v pozicích výzkumníků, vývojářů, konstruktérů či vedoucích týmů.

Vzhledem k vysokým odborným kompetencím a flexibilitě absolventi nalézají uplatnění jak v oblasti základního a aplikovaného výzkumu na univerzitách a v jiných výzkumných institucích u nás i v zahraničí, tak v hight-tech firmách v pozicích výzkumníků, vývojářů, konstruktérů či vedoucích týmů.

Viz platné předpisy, Směrnice děkana Pravidla pro organizaci studia na fakultě (doplněk Studijního a zkušebního řádu VUT v Brně).

Pravidla a podmínky pro tvorbu studijních programů určují:
ŘÁD STUDIJNÍCH PROGRAMŮ VUT,
STANDARDY STUDIJNÍCH PROGRAMŮ VUT,
STUDIJNÍ A ZKUŠEBNÍ ŘÁD VUT,
SMĚRNICE DĚKANA Pravidla pro organizaci studia na fakultě (doplněk Studijního a zkušebního řádu VUT v Brně),
SMĚRNICE DĚKANA FSI Jednací řád oborových rad doktorských studijních programů FSI VUT v Brně.
Studium v DSP se neuskutečňuje v kreditovém systému. Klasifikační stupně jsou „prospěl“, „neprospěl“, u obhajoby disertační práce je výsledek „obhájil“, „neobhájil“.

Na VUT jsou zohledněny potřeby rovného přístupu k vysokoškolskému vzdělávání. V přijímacím řízení ani ve studiu nedochází k přímé či nepřímé diskriminaci z žádných důvodů. Studujícím se specifickými vzdělávacími potřebami (poruchy učení, fyzický a smyslový handicap, chronická somatická onemocnění, poruchy autistického spektra, narušené komunikační schopnosti, psychická onemocnění) je poskytováno poradenství v poradenském centru VUT, které je součástí Institutu celoživotního vzdělávání VUT. Podrobně tuto problematiku řeší Směrnice rektora č. 11/2017 „Uchazeči a studenti se specifickými potřebami na VUT“. Rovněž je vytvořen funkční systém sociálních stipendií, který popisuje Směrnice rektora č. 71/2017 „Ubytovací a sociální stipendium“.

Předkládaný doktorský studijní program představuje nejvyšší stupeň vzdělávání v oblasti fyzikálního inženýrství a nanotechnologií. Navazuje na akademiky zaměřený bakalářský a navazující magisterský studijní program „Fyzikální inženýrství a nanotechnologie“, které jsou uskutečňované na FSI VUT.

1. Aplikace elektronové litografie v oblasti mikro-elektromechanických systémů

   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.

2. Aplikace tvarovaných elektronových svazků

   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.

3. Atomárně tenké optické metapovrchy založené na vysoce kvalitních 2D materiálech

   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.

   Školitel: Šikola Tomáš, prof. RNDr., CSc.

4. BIC v periodických nanofotonických systémech

   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]. Studium se zaměří na teoretickou analýzu a fyzikální pochopení BIC v periodických nanofotonických systémech, jako jsou fotonické krystaly nebo metapovrchy. Předpokládá se výzkum struktur, které jsou v současnosti využívány jako pokročilé biosenzory [3]. Student systematicky prozkoumá existenci a vlastnosti BIC ve vybrané třídě takových systémů. Bude provedeno kritické posouzení přínosů BIC ve srovnání s tradičnějšími technikami z hlediska potenciálních aplikací. Výzkum bude založen na silném využití numerické analýzy. [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] M. L. Tseng, Y. Jahani, A. Leitis, and H. Altug, “Dielectric Metasurfaces Enabling Advanced Optical Biosensors,” ACS Photonics, vol. 8, no. 1, pp. 47–60, 2021.

   Školitel: Petráček Jiří, prof. RNDr., Dr.

5. BIC ve fotonických vlnovodech

   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]. Přestože první experiment potvrzující existenci fotonického BIC používal systém vázaných vlnovodů [3], jednotlivé vlnovody podporovaly pouze konvenční módy mimo kontinuum zářivých modů. Později byly pozorovány BIC ve vlnovodech s jádrem o nižším indexu lomu, efektivně ale takový vlnovod působil jako konvenční kvantová jáma (tj. lokalizace pole v oblasti s vysokým efektivním indexem lomu). Proto se studium zaměří na teoretický výzkum různých možných alternativních mechanismů, které by mohly umožnit existenci BIC ve vlnovodech. Nejprve budou studovány anizotropií indukované BIC v dielektrických vlnovodech. Následně bude zvažována obecnější třída vlnovodných struktur; zejména se předpokládá zaměření na nanofotonické vlnovodné struktury a provedení systematických parametrických studií, s cílem prozkoumat existenci nových typů BIC. Nakonec bude provedeno kritické posouzení přínosů BIC ve srovnání s klasickými vedenými mody z hlediska jejich potenciálních aplikací v integrované fotonice. [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 [4] Y. Yu, et al., “Ultralow-Loss Etchless Lithium Niobate Integrated Photonics at Near-Visible Wavelengths,” Adv. Opt. Mater., vol. 9, no. 19, pp. 1–8, 2021.

   Školitel: Petráček Jiří, prof. RNDr., Dr.

6. Buzení a detekce THz spinových vln pomocí plazmonických struktur

   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].

   Školitel: Šikola Tomáš, prof. RNDr., CSc.

7. Depozice nanokrystalů na grafenovém substrátu

   GaN nanokrystaly se jeví, jako velmi perspektivní pro užití při přípravě UV senzorů, zejména kvůli širokému přímému zakázanému pásu (3,4 eV). V kombinaci z grafenovou vodivou vrstvou lze získat velmi efektivní senzor UV záření. Během doktorského studia bude studován růst GaN nanokrystalů na grafenových substrátech vhodných pro přípravu UV senzoru. Navíc bude dále studován vliv kovových nanočástic na povrchu senzoru na jeho vlastnosti (citlivost, reakční doba, …).

   Školitel: Mach Jindřich, doc. Ing., Ph.D.

8. Depozice polovodičových nanostruktur pomocí MBE

   Polovodičové nanokrystaly (Ga2O3, GaN. AlN,…) se jeví, jako velmi perspektivní pro užití v polovodičovém průmyslu, zejména kvůli širokému přímému zakázanému pásu. V rámci doktorského studia bude studován růst polovodičových nanokrystalů užitím metody kapkové epitaxe. Během této metody jsou v první fázi procesu připraveny kapky kovu na substrátu, které jsou následně vlivem působení atomárních (iontových) svazků transformovány na polovodičové nanostruktury. Fyzikální vlastnosti takto připravených nanostruktur budou dále studovány.

   Školitel: Mach Jindřich, doc. Ing., Ph.D.

9. Detektory UV záření na bázi nanostruktur GaN/Grafén

   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).

   Školitel: Šikola Tomáš, prof. RNDr., CSc.

10. Elektronová mikroskopie a analýza materiálů van der waalsovského typu

    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.

    Školitel: Šikola Tomáš, prof. RNDr., CSc.

11. Elektronová pinzeta a vývoj nových aplikací

    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: Průša Stanislav, doc. Ing., Ph.D.

12. Energiový filtr elektronového svazku

    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.

13. In-situ příprava a modifikace dvourozměrných nanostruktur

    Experimentální studium růstových módů nanostruktur je z mnoha důvodů obtížné. Přes tyto obtíže bylo největších pokroků dosaženo použitím technik umožňujících pozorovat růst nanostruktur v reálném časem (pomocí mikroskopie i spektroskopie). Naše skupina disponuje značným know-how v oblasti použití elektronové mikroskopie v reakčních podmínkách a v reálném čase. Cílem této disertační práce bude studovat růstové módy dvourozměrných nanostruktur (silicén, fosforén, selenidy transitních kovů atd.) pomocí špičkového experimentálního vybavení, dále studium interakce těchto materiálů s elektrony a jejich oxidace, případně modifikace (např. tvorba Janus monovrstev).

    Školitel: Kolíbal Miroslav, doc. Ing., Ph.D.

14. Korektor optických vad pro elektronový mikroskop

    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.

    Školitel: Zlámal Jakub, Ing., Ph.D.

15. Korelativní analýza materiálů s širokým zakázaným pásem

    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.

16. Lokalizovaná plazmonicky zesílená absorpce v režimu silné vazby

    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.

    Školitel: Šikola Tomáš, prof. RNDr., CSc.

17. Mapování plasmonických modů

    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)

    Školitel: Šikola Tomáš, prof. RNDr., CSc.

18. Metody numerického zpracování experimentálních dat pro zobrazovací spektroskopickou reflektometrii v rámci optické charakterizace neuniformních tenkých pevných vrstev

    Obsahem práce je nalézt efektivní výpočetní algoritmy zpracování velkých souborů experimentálních dat získaných zobrazovacím spektroskopickým reflektometrem (postaveným v Laboratoři koherenční optiky ÚFI FSI VUT v Brně) z neuniformních tenkých vrstev pro určení optických parametrů těchto vrstev. Cílem je realizovat výše zmíněné algoritmy ve formě softwaru.

    Školitel: Ohlídal Miloslav, prof. RNDr., CSc.

19. Miniaturizovaná sestava na čipu pro levitaci a chlazení nanoobjektů

    Doktorská disertační práce bude zaměřená na miniaturizaci sestavy pro levitaci nanoobjektů s využitím opracovaných optických vláken, povrchových mikrostruktur a nanostruktur. Cílem je vytvořit funkční čip pro zachycení nanočástice, zchlazení jejích mechanickým pohybových modů a najít experimentální limity pro dosažení základního kvantového stavu zchlazené nanočástice. V rámci doktorandské disertační práce se bude realizovat unikátní experimentální sestava v Ústavu přístrojové techniky Akademie věd České republiky v Brně (ÚPT) s využitím pokročilých nanotechnologií v ÚPT a laboratořích CEITEC v Brně. Předpokládá se, že doktorand/ka bude realizovat experimenty, analyzovat a interpretovat výsledky. ÚPT zajistí mzdové a materiální podmínky pro práci na období 4 let a mezinárodní kontakty doktoranda s odborníky z předních světových laboratoří.

    Školitel: Jákl Petr, Ing., Ph.D.

20. Modelování a simulace funkčních vlastností nanostruktur pro  oblast  plazmoniky

    Téma dizertační práce je zaměřeno na teoretický popis optické odezvy kovových nanostruktur a metapovrchů pro aplikace v plazmonice a nanofotonice. Použité výpočetní postupy budou reprezentovány analytickými metodami (např. optické vlastnosti vrstevnatých systémů při osvitu monochromatickou rovinnou vlnou, rozklad optické odezvy nanočástice do normálních či kvazinormálních módů, využití matematického aparátu difrakční optiky) i numerickými metodami užitím dostupných programů (např. metoda konečných diferencí v časové doméně, metoda konečných prvků ve frekvenční doméně, rigorózní analýza spřažených vln) nebo pomocí vlastních výpočetních algoritmů. Výsledky budou sloužit pro kvalitativní i kvantitativní intepretaci experimentálních dat.

    Školitel: Kalousek Radek, doc. Ing., Ph.D.

21. Návrh a výroba dielektrických metapovrchů pro netradiční optické prvky

    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.

    Školitel: Šikola Tomáš, prof. RNDr., CSc.

22. Plazmonický bleskosvodný jev

    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.

23. Pokročilá rastrovací sondová mikroskopie funkčních materiálů a nanostruktur

    Práce se bude zabývat vývojem unikátních multifunkčních sond SPM nové generace, které jsou v současnosti vyvíjeny na ÚFI FSI v rámci končícího projektu TAČR Trend (INCHAR). Tyto sondy budou použity jak k přípravě, tak i současné charakterizaci nanostruktur v komoře elektronového mikroskopu (topografie, optické a elektrické vlastnosti aj.). Unikátnost sondy nové generace spočívá v možnosti přivést pod hrot napětí, pracovní médium a intenzivní laserové světlo, což představuje značnou vědecko-technologickou výzvu. Těžiště práce bude spočívat ve stanovení portfolia vhodných technologických postupů příprav nanostruktur pomocí výše zmíněných funkcionalit a jejich další vývoj. Může se jednat např. o i) modifikovanou metodu LAO (Local Anodic Oxidation), ii) přípravu nanodrátů metodou VLS (Vapor Liquid Solid) v UHV podmínkách, iii) výrobu nových nástrojů pro přípravu nanostruktur, (např. mikroefúzní cela vhodná k depozici kovových i nevodivých nanostruktur, depozice (Ga, perovskitu apod.) z kapalné fáze aj.). Všechny tyto případné metody příprav a charakterizace nanostruktur pak musí umožňovat současné (korelované) pozorování v elektronovém mikroskopu - CPEM (Correlative Probe and Electron Microscopy), což bude opět velmi těžké dosáhnout vzhledem k současnému stavu detekce elektronů fotonásobiči (světlo v komoře mikroskopu významně ruší tento detekovaný signál). Základem bude užití mikroskopu LiteScope firmy NenoVision, na jehož vývoji se bude doktorand v rámci svého doktorského studia podílet.

    Školitel: Spousta Jiří, prof. RNDr., Ph.D.

24. Pokročilé optické materiály a nanostruktury

    Pokročilé funkční materiály jsou třídou nových materiálu s unikátními optickými vlastnostmi a se slibným aplikačním potenciálem. V rámci doktorského studia bude probíhat optická charakterizace pomocí technik s vysokým laterálním rozlišením a výsledky budou porovnávány s dalšími korelativními metodami měřícími topografii, chemické složení, krystalografické uspořádání aj.

    Školitel: Spousta Jiří, prof. RNDr., Ph.D.

25. Pokročilé 3D rekonstrukce mikroskopických dat

    Elektronová mikroskopie se subatomárním rozlišením, 3D a 4D zobrazovací techniky patří k nepostradatelným nástrojům v oblasti výzkumu funkce a struktury objektů pocházejících z živé i neživé přírody. Vysokorozlišovací techniky snímání dat v režimu STEM a jejich ptychorgafické (difraktivní) rekonstrukce umožňují elektronovou mikroskopii při velmi nízkých dávkách, které eliminují radiační poškození zkoumaných vzorků. Další pokročilou metodou pro 3D zobrazování je FIB-SEM nacházející uplatnění v biologii i materiálových vědách. Tyto techniky vyžadují náročné a komplexní procesy zpracování dat. Student/ka se v rámci své disertační práce zaměří především na vývoj simulačních a výpočtových metod s využitím neuronových sítí a AI. Cílem práce bude přístup pro prostorovou rekonstrukci využívající ptychografická data. Projekt bude realizován na Ústavu přístrojové techniky (ÚPT) Akademie věd České republiky s možností částečného/plného úvazku. Doktorand/ka bude členem několika projektů typu TAČR a GAČR, které v současné době probíhají na ÚPT.

    Školitel: Krzyžánek Vladislav, Ing., Ph.D.

26. Použití úhlově rozlišeného rozptylu světla z náhodně drsných povrchů pro určování topografických parametrů těchto povrchů

    Obsahem práce je využití úhlově rozlišeného rozptylu (ARS) světla k určování spektrální výkonové hustoty (PSD) a přidružených parametrů topografie náhodně drsných povrchů, a to pomocí skaterometru SM3 nové generace (postaveného v Laboratoři koherenční optiky ÚFI FSI VUT v Brně). Cílem je stanovit metodiku výše zmíněného postupu a studovat možnosti použití známých teorií rozptylu světla pro různé rozsahy velikosti drsnosti náhodně drsných povrchů

    Školitel: Ohlídal Miloslav, prof. RNDr., CSc.

27. Přechod kov-izolant zkoumaný analytickou elektronovou mikroskopií

    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.

    Školitel: Křápek Vlastimil, doc. Mgr., Ph.D.

28. Přechod kov-izolant zkoumaný analytickou elektronovou mikroskopií

    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.

    Školitel: Křápek Vlastimil, doc. Mgr., Ph.D.

29. Příprava tvarovaných elektronových svazků

    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.

30. Růst organických polovodičů na slabě interagujících substrátech

    Tranzistory s proměnnou energiovou bariérou na bázi grafenu představují slibnou koncepci organických polovodičových zařízení s několika výhodami, tj. vysokým řídicím proudem, vysokorychlostním provozem, flexibilitou a škálovatelností, přičemž jsou méně náročné na litografii. Tento výzkum však vyžaduje víceúrovňový experimentální přístup, neboť substrát určuje růst prvních vrstev, což následně ovlivňuje růst tenkých vrstev. Cílem doktorského studia je popsat a optimalizovat růst organických polovodičů na grafenu od monovrstev po vícevrstvé. Experimentální výzkum v rámci doktorského studia je zaměřen na pochopení kinetiky jevů depozice/samosestavování organických molekulárních polovodičů v závislosti na teplotě, toku a dopování grafenu. Budeme využívat řadu komplementárních technik včetně mikroskopie nízkoenergetických elektronů, rentgenové a ultrafialové fotoelektronové spektroskopie a skenovací tunelovací mikroskopie, které budou integrovány do jediného komplexního systému v ultravysokém vakuu. Studium je podpořeno běžícím projektem GAČR.

    Školitel: Čechal Jan, prof. Ing., Ph.D.

31. Růst organických polovodičů na slabě interagujících substrátech

    Cílem doktorského studia je popsat a optimalizovat růst organických polovodičů na grafenu s cílem vytvořit grafenový varistor.

    Školitel: Čechal Jan, prof. Ing., Ph.D.

32. Semiklasická optomechanika s více nanoobjekty

    Doktorská disertační práce bude experimentálně rozvíjet novou a perspektivní problematiku chladných nanočástic levitujících ve vakuu a řízeně interagujících s laserovým svazkem. Výhoda takového uspořádání je v tom, že interakce nanočástic s termálním okolím je minimalizována a probíhá dominantně prostřednictvím koherentních fotonů laserového svazku nebo fotonů rozptýlených částicemi. Rozložení toku fotonů v laserovém svazku lze řízeně měnit v prostoru i čase a tím řídit dynamiku nanočástic v prostoru. Tímto způsobem lze nanočásticím odebírat mechanickou energii a snižovat amplitudu jejich výchylek až na pomezí mezi klasickým a kvantovým chováním. Popsaný experimentální systém umožní pozorování unikátních fyzikálních efektů na pomezí klasické a kvantové fyziky a směřuje k novátorské realizaci kvantových technologií s objekty mnohem většími než atomy. V rámci doktorandské disertační práce se bude realizovat unikátní experimentální sestava v Ústavu přístrojové techniky Akademie věd České republiky v Brně (ÚPT), která umožní zachytit více nanočástic, odebírat jim mechanickou energii a rychle v čase měnit prostorové rozložení intenzity a fáze v chytacích laserových svazcích. Cílem práce bude sledovat chování nanočástic na pomezí klasické a kvantové fyziky. Předpokládá se, že doktorand bude realizovat experimenty, analyzovat a interpretovat výsledky. ÚPT zajistí mzdové a materiální podmínky pro práci na období 4 let a mezinárodní kontakty doktoranda s odborníky z předních světových laboratoří.

    Školitel: Brzobohatý Oto, Mgr., Ph.D.

33. Strojově naučené meziatomové potenciály pro hranice zrn

    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.

34. Studium a měření rychlých biomechanických reakcí živých buněk

    Využití digitální holografické mikroskopie pro komparativní studium biomechanických reakcí živých buněk in-vitro. Při studiu bude využito nekoherentní holografické mikroskopie v kombinaci s průtokovým bioreaktorem. Práce se bude také zabývat zpracováním a analýzou obrazových dat včetně numerických biomechanických simulací.

    Školitel: Chmelík Radim, prof. RNDr., Ph.D.

35. Využití plazmonických nanostruktur pro lokální posílení magnetických složek elektromagnetických polí

    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.

    Školitel: Šikola Tomáš, prof. RNDr., CSc.

36. Využití zobrazovací spektroskopické reflektometrie pro určování optických parametrů neuniformních tenkých vrstev

    Obsahem práce je využití zobrazovacích spektroskopických reflektometrů (postavených v Laboratoři koherenční optiky ÚFI FSI VUT v Brně) k určování optických parametrů tenkých vrstev neuniformních v těchto parametrech, a to pomocí již vyvinutých numerických algoritmů zpracování experimentálních dat získaných těmito reflektometry. Cílem je stanovit metodiku výše uvedeného postupu.

    Školitel: Ohlídal Miloslav, prof. RNDr., CSc.

37. 2D materiály pro suprakondenzátory

    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.

    Školitel: Šikola Tomáš, prof. RNDr., CSc.

38. 3D epitaxní tisk polovodičů pomocí elektronové pinzety

    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.

    Školitel: Průša Stanislav, doc. Ing., Ph.D.