Obr. 1: Kompozitní vrstva a její průmět.
Vedoucí: Prof. RNDr. Rudolf Hrach, DrSc.
Stav práce: volná
Anotace:
Kompozitní vrstvy struktury kov-dielektrikum jsou tvořeny kovovými zrny umístěnými v dielektrické matrici (Obr. 1). Vlastnosti takové vrstvy velmi silně závisejí na koncentraci kovové složky. Pro malé koncentrace jsou kovová zrna od sebe zcela izolována a vrstva má dielektrický charakter. Naopak pro velké koncentrace kovové složky se v podstatě jedná o kovovou vrstvu s dielektrickými oblastmi. Fyzikálně mimořádně zajímavá a i prakticky dobře aplikovatelná je přechodová oblast, kdy původně izolovaná zrna se k sobě přibližují a je možný přenos náboje mezi nimi. Mechanismem přenosu náboje je nejprve tunelový jev a při dalším zvýšení koncentrace kovové složky v kompozitu i přímá ohmická vodivost. Tato oblast se nazývá přechod dielektrikum-kov nebo také perkolační prah.
Při analýze elektrického transportu takovými strukturami se používá teorie perkolace. Při studiu ohmické vodivosti je cílem fyzikální analýzy nalézt tzv. nekonečný klastr, kterým protékaji elektrony mezi protilehlými elektrodami, a tento klastr detailně popsat – nalézt jeho páteř, mrtvé konce, apod. Pokud však je mechanismem přenosu náboje tunelový jev, situace je zcela odlišná. Vazby mezi objekty nejsou binární, tj. proud buď prochází nebo neprochází, ale jedná se o vazby s různou intenzitou protékajícího proudu. Vzniklé ‘fuzzy clustery’ mají komplikovaný tvar (Obr. 2) a metody jejich detailního popisu nejsou zatím známé.
Zásady pro vypracování:
Cílem diplomové práce bude pomocí počítačového experimentu studovat fyzikální procesy probíhající v okolí perkolačního prahu ve strukturách kov/dielektrikum a nalézt korelaci mezi morfologickými a elektrickými vlastnostmi.
Práce se bude skládat z těchto kroků:
- Seznámení s problematikou.
- Navržení a naprogramování modelu kompozitní vrstvy (3D) a jejího 2D analogu zahrnujícího i možnost změny stupně uspořádání kovových objektů ve vrstvě
- Charakterizování morfologie modelové kompozitní vrstvy
- Nalezení perkolačních trajektorií procházejícího proudu
- Diskuse vazby mezi tvarem vzniklých vodivostních klastrů, celkovým odporem kompozitní vrstvy a morfologií kompozitu (tj. rozložením kovových objektů ve vrstvě)
- Aplikace vytvořeného počítačového aparátu na analýzu experimentálně získaných kompozitních vrstev
Seznam odborné literatury:
R. Hrach: Počítačová fyzika II, Ústí nad Labem 2003.
R. Hrach, S. Novák, M. Švec, J. Škvor: Study of Electron Transport in Composite Films Below the Percolation Threshold, Lecture Notes in Computer Science 3991 (2006), 806.
M. Švec: Doktorská dizertační práce, MFF UK 2007.
Další literatura po dohodě s vedoucím diplomové práce.