Katedra fyziky povrchů a plazmatu vypisuje pro školní rok
2010/2011 následující témata bakalářských prací.zobrazit předchozí rok (2009/2010), další rok (2011/2012)
POZOR! Neprohlížíte aktuálně vyhlášená témata.
Katedra fyziky povrchů a plazmatu vypisuje pro školní rok
2010/2011 následující témata bakalářských prací.
Zájemce prosíme, aby se zapisovali v sekretariátu KFPP ve 2. patře KO Troja.
Vedoucí: 
Doc. RNDr. Václav Nehasil, Dr. - A134, A141, tel. 2776, 2751
Anotace:
Znalost složení povrchů pevných látek (do hloubky několika nm) je důležitý parametr, který se uplatňuje při mnoha technologických procesech. Jmenujme například interakci plynů s povrchem a s ní související heterogenní katalýzu – proces významný v praxi i intenzivně studovaný v laboratořích základního i aplikovaného výzkumu či problematiku přechodu elektronu z jedné pevné látky do druhé, která se týká funkce většiny elektronických součástek a která souvisí s chemickým složením povrchu.
Kvantitativní analýzu povrchů pevných látek je možno provádět nejrůznějšími metodami, které jsou založeny na určité odezvě, kterou pevná látka reaguje na působení konkrétního primárního činidla. V naší laboratoři používáme metodu Rentgenové fotoelektronové spektroskopie – X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS). V ní sledujeme spektrum fotoelektronů, které jsou emitovány pomocí měkkého rentgenového záření dopadajícího na vzorek. Vyhodnocujeme polohu, tvar a intenzitu získaných fotoelektronových píků. Z nich můžeme provést kvalitativní analýzu vzorku (chemické složení), kvantitativní analýzu (koncentrace jednotlivých složek) a dokonce i stanovit chemický stav jednotlivých prvků ve vzorku obsažených.
Získané fotoelektronové spektrum je ovšem ovlivněno „přístrojovou funkcí“ analyzátoru, hlavně transmisní funkcí (závislost intenzity elektronů procházejících analyzátorem na jejich kinetické energii) a dalšími efekty. Pro správnou kvantitativní analýzu vzorku je třeba tyto parametry znát a do interpretace změřených spekter zahrnout.
V roce 2001 provedl kompletní analýzy námi používaného analyzátoru energií elektronů Omicron EA 125 Tomáš Skála ve své diplomové práci. Vypsaná bakalářská práce má za úkol část jeho měření zreprodukovat a zjistit, nakolik jsou dosud platné jeho závěry, zejména co se týká transmisní funkce. Případné odchylky mohly nastat díky několika opravám analyzátoru, stěhování aparatury, opotřebování provozem atd.
Práce umožní seznámit se detailně s funkcí elektronově optického sytému – analyzátoru energií. Pro její vypracování je potřeba provést víceméně standardní měření, ovšem s dostatečnou přesností a pečlivostí. Případnému zájemci o studium povrchů metodami elektronové spektroskopie pomůže získat praktické zkušenosti potřebné pro kvantitativní analýzu povrchu.
Zásady pro vypracování
1) Seznámit se s principem funkce hemisférického analyzátoru energií elektronů.
2) Seznámit se s principy kvantitativní analýzy povrchu prováděné metodou XPS.
3) Provést kontrolní měření na vybraných kovech (Au, Ag, Cu) v různých modech analyzátoru, při různých průletových energiích Epas atd.
4) Vyhodnotit získaná spektra, stanovit transmisní funkci analyzátoru, závislosti intenzity signálu a rozlišení na Epas atd.
5) Získané výsledky porovnat s měřeními provedenými v roce 2001, zhodnotit „opotřebení“ analyzátoru.
6) Získané výsledky sepsat ve formě bakalářské práce.
Literaratura
1) D. Briggs and M. P. Seah, Practical Surface Analysis, John Willey and Sons, Chichester, England, 1990.
2) EA 125 Energy Analyser – manuál firmy Omicron.
3) Tomáš Skála, Diplomová práce, KEVF MFF UK, 2001.
4) Články v odborných časopisech podle dohody studenta s vedoucím práce.
Vedoucí: RNDr. Josef Mysliveček, Ph.D. - A133, tel. 2333
Konzultant: Prof. RNDr. Vladimír Matolín, DrSc. - A124, A132, A346, tel. 2323, 27432, 2734, 2252
Anotace:
Chemická reaktivita kovových povrchů je výrazně ovlivněna přítomností povrchových defektů. Experimenty na modelových systémech, které dávají do souvislosti strukturu povrchových defektů určenou mikroskopickými metodami a reaktivitu určenou integrálními metodami fyziky povrchů, jsou přesto zatím vzácné [1,2].
Jedním z významných druhů povrchových defektů jsou atomární schody ohraničující okraje atomárních rovin na povrchu monokrystalu. Tyto defekty lze generovat pomocí iontové eroze vysoce orientovaných povrchů monokrystalů [3] a zobrazovat pomocí rastrovací tunelové mikroskopie (STM) [4,5]. V rámci této práce bude studován vývoj morfologie povrchu Pt(111) při iontové erozi [6] a měřeny základní morfologické charakteristiky erodovaného povrchu.
Cíle práce:
• Seznámení se s experimentální metodou STM
• Příprava čistého povrchu Pt(111) a jeho modifikace iontovou erozí
• Měření závislosti hustoty povrchových atomárních schodů na parametrech eroze
• Vyhodnocení a prezentace získaných dat
Bakalářská práce bude prováděna na nově instalované aparatuře, která umožňuje studium vzorků pomocí STM a integrálních povrchových technik (adsorpce, desorpce, hmotnostní a fotoelektronová spektroskopie). Práce je základem pro široké spektrum experimentů týkajících se povrchové reaktivity vzácných kovů studované ve skupině fyziky povrchů v souvislosti s vývojem moderních heterogenních katalyzátorů pro energetické aplikace (palivová konverze, palivové články).
Literatura:
[1] Weaver a spol., Surf. Sci. Rep. 50, 107, 2003.
[2] Picolin a spol., J. Phys. Chem. C 113, 691, 2009.
[3] Valbusa a spol., J. Phys.: Condens. Matter 14, 8153, 2002.
[4] C.J. Chen, Introduction to Scanning Tunneling Microscopy (Oxford University Press, 2007)
[5] F. Dvořák, Bakalářská práce, KFPP MFF UK, 2008.
[6] T. Michely a spol., Physical Review Letters 86, str. 2589, 2001.
 |
| Morfologie povrchu Pt (111) po odprášení (a) 0.3 ML, (b) 6.2 ML, (c) 66 ML (ML=monovrstva) zobrazená rastrovacím tunelovým mikroskopem (STM). Šířka obrázků 81 nm. Umělé nasvícení zleva pro zvýraznění atomárních schodů. Převzato z publikace T. Michely a spol., Physical Review Letters 86, str. 2589, 2001. |
Vedoucí: RNDr. Viktor Johánek, Ph.D. - A133, tel. 2333
Konzultant: Prof. RNDr. Vladimír Matolín, DrSc. - A124, A132, A346, tel. 2323, 27432, 2734, 2252
Anotace:
Heterogenní katalyzátory založené na oxidu céru (ať už čistém, nebo dopovaném kovem) se ukazují jako velmi účinné pro použití v palivových článcích díky své schopnosti katalyzovat rozklad uhlovodíků (např. metanolu nebo etanolu) v procesu přímé konverze na elektrickou energii (tzv. DMFC, direct methanol fuel cell). Reaktivita a selektivita takového katalyzátoru závisí nejen na chemickém složení svrchní vrstvy, ale i na její fyzické a elektronické struktuře. Pomocí změny orientace povrchu, koncentrace defektů nebo způsobu dotování kovovými prvky lze zásadně ovlivnit výsledné vlastnosti katalyzátoru a optimalizovat ho tím pro různé chemické reakce. K tomu je ovšem nutná dobrá znalost jevů, ke kterým dochází na površích katalyzátorů při interakci s molekulami plynů. Navrhovaná bakalářská práce bude prováděna na ultravakuové vícekomorové aparatuře, kombinující metody STM (rastrovací tunelová mikroskopie, tj. studium morfologie a elektronické struktury), TDS (termodesorpční spektroskopie, tj. studium reaktivity), LEED (elektronová difrakce, tj. studium uspořádání povrchu) a několika zařízení pro čištění a definovanou přípravu vzorků.
Těžiště práce bude spočívat v aplikaci metody TDS k přímému měření interakce metanolu a případně dalších uhlovodíků s povrchy vzorků CeO2/Cu a CeO2/Ru, a to jak čistých, tak v kombinaci se vzácnými kovy (Pt, Rh, Au, Pd, …) ve formě nesených nanoklastrů nebo atomárně rozptýleného dopantu. Výsledky experimentů budou analyzovány a interpretovány na základě znalostí, získaných jinými členy našeho týmu pomocí STM v téže aparatuře i pomocí dalších analytických metod používaných v naší skupině.
Studium reaktivity bude v brzké budoucnosti posíleno o zcela novou aparaturu kombinující metody fotoelektronové spektroskopie (XPS; chemická a částečně strukturní analýza), infračervené absorpční spektroskopie (IRAS; informace o povrchových vazbách) a TDS se sofistikovaným zdrojem molekulárních svazků, jejíž konstrukce a následné využití k experimentům by mohly být tématem případné navazující diplomové práci uchazeče.
Zásady pro vypracování:
1. Seznámení se s experimentální metodou TDS (termodesorpční spektroskopie) a studium související literatury
2. Kontrolní kalibrace kvadrupólového desorpčního spektrometru.
3. Příprava vzorků CeO2/Cu(111) a/nebo CeO2/Ru(0001) s definovanou strukturou
4. Depozice kovových klastrů na připravené povrchy CeO2
5. Expozice připravených vzorků plyny a měření jejich katalytické aktivity metodou TDS
6. Zpracování experimentálních dat
Literatura:
[1] V. Matolín et. al, Methanol adsorption on a CeO2/Cu(111) thin film model catalyst, Surf. Sci. 603 (2009) 1087
[2] F. Šutara et al., Epitaxial growth of continuous CeO2(111) ultra-thin films on Cu(111), Thin Solid Films 516 (2008) 6120
[3] D. R. Mullins, M. D. Robbins, J. Zhou, Adsorption and reaction of methanol on thin-film cerium oxide, Surf. Sci. 600 (2006) 1547
[4] F.A. White and G.M. Wood, Mass Spectroscopy, Applications and Engineering, John Wiley & Sons, 1986
[5] J. W. Niemantsverdriet, Spectroscopy in Catalysis: An Introduction, John Wiley & Sons, 2000
Vedoucí: Doc. RNDr. Pavel Sobotík, CSc. - A326, A327, A332, tel. 2250, 2342, 2346
Anotace:
Technika STM je velmi pespektivní v souvislostí s rozvojem nanotechnologií. STM jako jedina technika umožňuje přímou manipulaci s jednotlivými atomy a molekulami na povrchu, vytváření definovaných struktur v atomárním měřítku, a jejich následné zobrazení.
Molekula vody se po dopadu na povrch Si(100) 2×1 disociuje a vzniklé fragmenty (H,OH) se naváží na povrchové atomy křemíku. Bylo pozorováno, že během řádkování hrotem mikroskopu nad disociovanou molekulou dochází k viditelnému přepínání mezi různými konfiguracemi, související s přesuny vodíku nebo skupiny OH. Tento systém je proto vhodným kandidátem pro první pokusy s atomárními manipulacemi na povrchu Si(100)2×1.
Zvládnutím řízeného přepínání konfigurace a pochopení interakce s hrotem může následně umožnit řízenou manipulaci s disociovanou molekulou vody a také její cílené přemisťování po povrchu a vytváření geometrických předloh pro následnou přípravu kovových nanostruktur, a to v atomárním měřítku.
Cílem práce bude studium vlivu parametrů (proud, napětí, vzdálenost) tunelového kontaktu hrot-povrch na četnost změn konfigurace C defektu a hledání parametrů, při nichž by mohlo docházet k přesunu skupin H a OH po povrchu. Součástí bude i pokus o nalezení parametrů pro „odsátí“ a opětovné uvolnění atomu z hrotu na povrch při pokojové teplotě.
Úkoly práce jsou:
• Rešere literatury týkající se manipulací s jednotlivými atomy pomocí hrotu STM.
• Seznámení se s problematikou STM experimentu v ultravakuu.
• Příprava rekonstruovaného povrchu Si(100) 2×1.
• Měření četnosti změn konfigurace C defektu v závislosti na parametrech tunelového kontaktu.
• Pokusy o řízený přesun atomu vodíku, skupiny OH či obou.
Výsledky práce budou vychodiskem pro vytváření definovaných nanostruktur atom po atomu na křemíkovém povrchu Si(100)2×1.
Seznam odborné literatury:
1. Venables J. A.: Surfaces and Thin Film Processes, Cambridge Univ. Press Cambridge 2000.
2 .Bai C.: Scanning Tunneling Microscopy and its Application, Springer Series in Surf.Sci.32, Berlin-Heidelberg, New York 1992.
3. Methods of experimental physics: Scanning tunneling microscopy, ed.by J.A.Stroscio,W.J.Kaiser, Academic Press Ltd.,1993.
Vedoucí: Doc. RNDr. Pavel Sobotík, CSc. - A326, A327, A332, tel. 2250, 2342, 2346
Anotace:
Řada kovů vytváří na zrekonstruovaném povrchu křemíku Si(100)2×1 lineární atomární řetízky, které narůstají kolmo na dimerové řady křemíkových atomů povrchové rekonstrukce. Řetízky jsou tvořeny kovovými dimery orientovanými ve směru řetízku. Elektronová struktura řetízků tvořených atomy stejného prvku nevykazuje kovový charakter. To je problém z hlediska jejich použití v budoucích elektronických součástkách, nicméně teoretické výpočty naznačují výrazný rozdíl v elektronové struktuře (i vodivosti) řetízků tvořených sudým a lichým počtem atomů. Rovněž lze očekávat že vhodnou kombinací dvou nebo i více různých kovů budeme moci ovlivňovat elektronovou strukturu vzniklých objektů.
Pro experimentální studium bude využita technika rastrovací tunelové mikroskopie (STM) pro zobrazení povrchu v reálném prostoru s lokálním atomárním rozlišením. Z hlediska možného využití nízkodimenzionálních struktur v aktivních prvcích je vedle struktury nesmírně důležitá i otázka jejich elektronických vlastností. Na tuto otázku může dát odpověď tunelová spektroskopie (STS).
Cíle práce:
• Zvládnutí experimentálních technik STM/STS pro studium povrchových struktur a procesů v ultravakuových p odmínkách.
• Zvládnutí současné depozice dvou kovů ( např. Al-Sn ) a vytváření reprodukovatelných struktur na povrchu Si(100) 2×1.
• Studium objektů metodou STM/STS.
Seznam odborné literatury:
1. Venables J. A.: Surfaces and Thin Film Processes, Cambridge Univ. Press Cambridge 2000.
2 .Bai C.: Scanning Tunneling Microscopy and its Application, Springer Series in Surf.Sci.32, Berlin-Heidelberg, New York 1992.
3. Methods of experimental physics: Scanning tunneling microscopy, ed.by J.A.Stroscio,W.J.Kaiser, Academic Press Ltd.,1993.
Vedoucí: Prof. RNDr. Jana Šafránková, DrSc. - A226, tel. 2301
Anotace:
Sluneční vítr vzniká expanzí sluneční korony do meziplanetárního prostoru. V blízkosti Země je jeho tok možno považovat za přibližně radiální, ale odchylky od radiálního směru, které mohou dosáhnout až 20°, nesou důležitou informaci o procesech na Slunci a v prostoru mezi Sluncem a Zemí. Pro určení směru rychlosti byl zkonstruován systém identických detektorů (Faradayovy válce), jejichž osy jsou odkloněny o různé úhly od osy přístroje.
Úkolem práce je (1) vytvořit soubor modelových dat (proudů jednotlivých detektorů) ze zadané koncentrace, rychlosti a teploty slunečního větru a charakteristik detektoru, (2) z takto vytvořených modelových dat zpětně určit směr rychlosti a (3) analyzovat chybu měření.
Program pro výpočet kolektorových proudů v jazyce C+ již existuje a úkolem práce je pouze jej modifikovat pro konkrétní geometrii detektorů.
Zásady pro vypracování:
1) Seznámení se s programem pro výpočet kolektorových proudů a jeho modifikace.
2) Návrh způsobu výpočtu modelových dat.
3) Vytvoření souboru dat.
4) Analýza vlivu teploty slunečního větru na kolektorové proudy.
5) Návrh programu pro výpočet směru rychlosti (podle výsledku bodu 4), případně se zanedbáním vlivu teploty).
6) Stanovení očekávané chyby měření.
Literatura:
F. F. Chen: Úvod do fyziky plazmatu, Academia, Praha, 1984.
Výpis stávajícího programu.
M. Vyšinka, Studium záchytu iontů a iontová emise z prachových zrn, Diplomová práce, MFF UK, Praha, 2008.
Další literatura po dohodě s vedoucím práce.
Vedoucí: RNDr. Jiří Pavlů, Ph.D. - A231, A228, tel. 2226, 2315
Anotace:
Pro určení teploty, rychlosti a koncentrace iontů slunečního větru jsou používány různé kombinace Faradayových válců. Jejich charakteristiky jsou obvykle určovány výpočtem založeným na řadě zjednodušení (mřížky jsou uvažovány jako ekvipotenciální plochy s homogenním polem mezi nimi, jsou zanedbány okrajové efekty spojené s konečnými rozměry detektoru). Snahy o snížení ceny družicových experimentů vedou ke zmenšování rozměrů detektorů, a tím však ke zdůraznění vlivu okrajových efektů.
Úkolem práce bude pomocí programu SIMION namodelovat co nejpřesněji průběh elektrického pole uvnitř detektoru a určit trajektorie částic v tomto poli v závislosti na velikosti a směru rychlosti. Výsledky budou použity při výpočtu parametrů slunečního větru z dat naměřených přístrojem BMSW a k případné modifikaci konstrukce detektorů pro další experimenty.
Zásady pro vypracování:
1) Seznámení se s programem SIMION.
2) Ideový návrh postupu výpočtu.
3) Zadání geometrie detektoru a výpočet elektrického pole.
4) Výpočet úhlových charakteristik pro různé energie iontů a různá napětí na elektrodách detektoru.
5) Zhodnocení výsledků.
Literatura:
F. F. Chen: Úvod do fyziky plazmatu, Academia, Praha, 1984.
M. Vyšinka, Studium záchytu iontů a iontová emise z prachových zrn, Diplomová práce, MFF UK, Praha, 2008.
Manuály programu SIMION.
Další literatura po dohodě s vedoucím práce.
Vedoucí: Mgr. Martin Jeřáb - 418, tel. 2731
Anotace:
Ideálním, avšak fyzicky nerealizovatelným prvkem, kterým lze vytvořit vakuovou vodivost (odpor proudění) je otvor v nekonečně tenké stěně. Jeho chování se velmi dobře blíží tzv. sférický kanál (dnes často nazývaný NPL clona), pro jehož vodivost v molekulárním režimu proudění také existuje analytický vzorec. Výpočet je do té míry přesný (odpovídá skutečnosti), že se NPL clona široce používá v metrologii při měření proudů, ovšem jen v režimu molekulárního proudění. Pro výpočet v režimu přechodového a viskózního proudění nelze zjistit nutné parametry (viskozita, teplota) s dostatečnou přesností. Hranice mezi molekulární a přechodovou oblastí je dána poměrem střední volné dráhy částic plynu a průměru clony, se zmenšujícím se průměrem se posouvá k vyšším tlakům. Z hlediska technické aplikace v generátoru tlaků pro UHV etalon, který je v současné době realizován na KFPP ve spolupráci s Metrologickým institutem v Brně, je zajímavým vakuovým prvkem clona konstruovaná jako paralelní spřažení mnoha malých otvorů, každým ve tvaru NPL clony. Výhodou ve srovnání s jedinou větší clonou stejné vodivosti je posun hranice přechodového proudění k vyšším tlakům (tedy že paralelní spojení malých clon splňuje podmínky molekulárního proudění pro mnohem větší tlaky a tím i jejich celková vodivost je přesně určena pro velký rozsah tlaků). Teoreticky ani experimentálně nebyl doposud řešen vliv vzdálenosti otvorů na hranici, kde se mění charakter proudění. Při dostatečném „rozestupu“ se zřejmě chovají jako jednotlivé clonky , při těsném uspořádání se mohou ovlivňovat, tzn. chovat jako jediná clona většího průměru.
Cílem práce je experimentálně změřit posun hranice přechodové oblasti proudění na modelových víceotvorových clonách s proměnnou vzdáleností jednotlivých otvorů.
Zásady pro vypracování:
1) Studium literatury týkající se proudění plynu ve vakuu.
2) Změření závislostí vodivosti modelových clonek na tlaku.
3) Interpretace změřených výsledků.
Literatura:
[1] J. M. Lafferty: Foundations of Vacuum Science and Technology, J. Wiley & Sons, New York, 1998, ISBN 0-471-17593-5.
[2] J. F. O’Hanlon: A User’s Guide to Vacuum Technology, J. Wiley & Sons, Hoboken, New Jersey, 2003, ISBN 0-471-27052-0.
[3] H. W. Liepmann: Gaskinetics and gasdynamics of orifice flow, J. Fluid Mech., 1961, 10:65-79.
[4] Další literatura po dohodě s vedoucím práce.
Vedoucí: RNDr. Tomáš Gronych, CSc. - A337, tel. 2227, 2730
Konzultant: RNDr. Ladislav Peksa, CSc. - A336, tel. 2310
Anotace:
Ionizační vakuometry jsou v současnosti jedinými typy měrek, které umožňují měření velmi nízkých tlaků v oborech tlaků pod 10-6 Pa. Přestože většina základních konstrukcí byla vyvinuta již v 60. letech, stále se objevují nové, zejména s cílem snížení dolní měřící hranice a/nebo zajištění vyšší stability měrek.
Cílem bakalářské práce bude sestavení univerzálního měřícího systému pro napájení a sběr dat ionizačních vakuometrů. Ovládání měřícího systému bude realizováno v prostředí LabVIEW. Testy systému budou prováděny na vybrané měrce, která bude součástí unikátní kalibrační vakuové aparatury s mezním tlakem v oboru extrémně vysokého vakua.
Zásady pro vypracování
1. Studium literatury.
2. Sestavení měřícího systému.
3. Vývoj softwarového ovládání systému v prostředí LabVIEW.
4. Testy systému na vybrané měrce ionizačního vakuometru.
Seznam odborné literatury
1) K. Jousten (ed.): Handbook of vacuum technology, Wiley-VCH, Weinheim (2008).
2) Dokumentace k programovému prostředí LabVIEW.
3) Další literatura dle dohody s vedoucím práce.