Katedra fyziky povrchů a plazmatu vypisuje pro školní rok
2007/2008 následující témata bakalářských prací.zobrazit předchozí rok (2006/2007), další rok (2008/2009)
POZOR! Neprohlížíte aktuálně vyhlášená témata.
Katedra fyziky povrchů a plazmatu vypisuje pro školní rok
2007/2008 následující témata bakalářských prací.
Zájemce prosíme, aby se zapisovali v sekretariátu KFPP ve 2. patře KO Troja.
Vedoucí: 
Doc. RNDr. Věra Hrachová, CSc. - A034, A033, tel. 2306, 2235
Anotace:
V praxi velmi rozšířeném laseru se užívá doutnavého výboje ve směsi helia, dusíku a oxidu uhličitého, přičemž aktivní částicí je molekula oxidu uhličitého vybuzená do vibračního kvantového stavu. Jedním z parametrů, které mohou činnost tohoto laseru ovlivnit je i teplota, respektive energetické poměry ve směsi. Teplota se dá potom poměrně jednoduše určit nepřímou metodou, a to z emisních spekter výboje. V emisním spektrum doutnavého výboje ve směsi helia, dusíku a oxidu uhličitého, se velmi výrazně mohou vyskytovat ve viditelné části spektra pásy tzv. prvního a druhého positivního systému dusíkové molekuly. Tyto pásy odpovídají rozličným vibračním či rotačním stavům dusíkové molekuly. Z těchto pásů, pokud jsou dost intenzivní, se dá na energetické poměry ve výboji usuzovat. Lze z nich poměrně snadno určit rotační a vibrační teploty. První z těchto teplot souvisí s teplotou plynu, druhá potom s teplotou elektronů. Úkolem práce je experimentální studium výskytu a intenzity výše uvedených pásů v závislosti na složení směsi, i pro jiné kombinace, než které jsou v laserech běžně používány.
Úkoly:
1. Seznámit se s charakterem spektra dusíkové molekuly.
2. Seznámit se s experimentálním systémem ( výbojová trubice, vysoko-vakuová aparatura - obojí je k dispozici) a generováním doutnavého výboje.
3. Pro různé poměry výše uvedených plynů snímat a porovnávat emisní spektra doutnavého
výboje.
Vedoucí: Prof. RNDr. Juraj Glosík, DrSc. - A020, A024, tel. 2329, 2237
Konzultant: Mgr. Radek Plašil, Ph.D. - A025, A024, tel. 2224, 2237
Anotace:
Interakce iontů s elektrony má klíčový vliv na stupeň ionizace plazmatu. Při nízkých interakčních energiích, když de Brogliova vlnová délka přesahuje klasické rozměry interagujících částic, se plně projevuje kvantově mechanicky charakter této interakce. Studium takových procesů je nutné provádět při energii interagujících částic nepřesahující 0,001 eV. Studium těchto procesů je náročné a experimentální data v podstatě neexistují. Vhodným prostředím pro studium uvedených procesů je kryogenní plazma s teplotou nepřesahující 20 K. Takové plazma je studováno například v souvislosti s tvorbou chladného antivodíku při interakci pozitronu s antiprotonem.
V naší laboratoři připravujeme projekt pro studium rekombinace iontů s elektrony v plazmatu při teplotách do 10 K. Je postaven vakuový systém a je budován kryostat a elektron-iontová past.
Obsahem bakalářské práce bude seznámení se s procesy interakce elektronů a iontů při subtermálních energiích a s experimentálními metodami studia těchto procesů v kryogenním plazmatu. Práce bude zaměřena na studium srážkově radiativní rekombinace (Collisional-Radiative Recombination – CRR). Student se zúčastní vypracování koncepce experimentu, návrhu a stavby experimentálního systému a bude pracovat na zdroji elektronů a iontů pro elektron-iontovou past.
Bakalářská práce úzce souvisí s vědeckým výzkumem ve skupině plazmatu, který je podporován řadou grantových projektů. Po úspěšném zvládnutí této práce je možno navázat magisterským, případně i doktorským studiem.
Zásady pro vypracování
1) Studium literatury a seznámení se s procesy interakce elektronů a iontů a s experimentálními metodami studia těchto procesů.
2) Spoluúčast na přípravě konceptu experimentu. Spoluúčast na návrhu a stavbě zdroje elektronů a iontů pro experimentální systém.
3) Návrh a příprava měřícího systému.
4) Účast na měření.
5) Vyhodnocení naměřených dat.
Seznam odborné literatury
[1] Atkins P.W., Physical Chemistry, Oxford University Press, 2002, ISBN 0-19-879285-9.
[2] Dissociative Recombination of Molecular ions with Electrons, Edit. S.l. Guberman, Kluwer Academic/Plenum Press , 2001 .
[3] McDaniel E.W., Ion-molecule reactions, Wiley, New York, 1970, ISBN 0-471-58386-3.
[4] Bittencourt J.A., Fundamentals of Plasma Physics, Springer, New York, 2004, ISBN 0-387-20975-1.
[5] P.K. Ghosh, Ion Traps, Clarendon Press, Oxford 1995.
[6] Další časopisecká literatura podle dohody s vedoucím bakalářské práce.
Vedoucí: Prof. RNDr. Milan Tichý, DrSc. - A031, tel. 2305, 2332 (fax)
Konzultant: Mgr. Pavel Kudrna, Dr. - A030, tel. 2225
Anotace:
Systém plazmatické trysky sestává ze stále čerpané vakuové komory, do níž je definovanou rychlostí napouštěn pracovní plyn tryskou, která je připojena na radiofrekvenční nebo stejnosměrné napětí. Mezi tryskou a uzemněnou vakuovou komorou pak hoří výboj a vzniklé nízkoteplotní plazma má vlivem rychlosti plynu vycházejícího z trysky protáhlý tvar. Aplikace spočívá v možnosti umístit na vhodné místo naproti trysce předměty, na kterých mohou z materiálu katody vznikat vrstvy speciálních materiálů s výhodnými vlastnostmi. Reprodukovatelnost obdobných technologií by byla velmi obtížná bez odpovídající znalosti parametrů použitého plazmatu. Práce bude zaměřena na experimentální studium parametrů plazmatu v trysce pomocí Langmuirovy sondy nebo hmotovým spektrometrem, realizovatelná je i optická diagnostika např. s použitím CCD kamery.
Zásady pro vypracování:
1. Rešerše literatury.
2. Seznámit se s konstrukcí a obsluhou aparatury s plazmatickou tryskou včetně elektroniky pro sondová měření a softwarové podpory.
3. Spolupráce na vývoji a konstrukci aparatury pro diagnostiku proudu plazmatu.
4. Spolupráce na úpravě softwaru pro sběr a zpracování dat.
5. Provedení experimentů a vyhodnocení a interpretace experimentálních dat.
6. Vypracování písemné zprávy.
Seznam odborné literatury:
Speciální literatura, zejména časopisecká, bude zadána po dohodě s vedoucím bakalářské práce.
Základní literatura:
1. F.F. Chen, Základy fyziky plazmatu.
2. J.D. Swift, M.J.R. Schwar, Electrical Probes for Plasma Diagnostics, Iliffe books, London, (1970).
3. P.M. Chung, L. Talbot, K.J. Touryan, Electrical Probes in Stationary and Flowing Plasmas, Theory and Application, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, (1975).
4. S. Pfau, M. Tichý, Langmuir probe diagnostics of low-temperature plasmas, in Low Temperature Plasma Physics, R. Hippler et al. Eds., Wiley-VCH, Berlin etc., 2001, ISBN 3-527-28887-2, pp. 131-172.
Vedoucí: Prof. RNDr. Rudolf Hrach, DrSc. - A236, A241, tel. 2328, 2344
Anotace:
Kompozitní vrstvy struktury kov/dielektrikum jsou tvořeny kovovými zrny umístěnými v dielektrické matrici. Vlastnosti takové vrstvy velmi silně závisejí na koncentraci kovové složky, s její rostoucí hodnotou vrstva mění svůj charakter z dielektrické na kovovou. V přechodové oblasti zvané perkolační práh se původně izolovaná kovová zrna k sobě přibližují a je možný přenos náboje mezi nimi tunelovým jevem.
Pro popis struktury kompozitní vrstvy se používají metody založené na matematické morfologii. Při studiu elektrického transportu takovými strukturami se používá teorie perkolace. Při obvyklém 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 podstatně složitější. Vazby mezi objekty nejsou binární, kdy proud buď prochází nebo neprochází, ale jedná se o vazby s různou intenzitou protékajícího proudu. Vzniklé ‘fuzzy clustery’ mají komplikovaný tvar a metody jejich detailního popisu nejsou zatím známé.
Zásady pro vypracování:
- Seznámení s problematikou.
- Navržení třírozměrného modelu kompozitní vrstvy zahrnujícího možnost změny stupně uspořádání kovových objektů ve vrstvě.
- Nagenerování modelových kompozitních struktur s hustotou objektů ležící pod perkolačním prahem a jejich morfologické vyhodnocení.
- Nalezení perkolačních trajektorií procházejícího tunelového proudu.
- Diskuse možných metod popisu vzniklých vodivostních klastrů.
- Diskuse vztahu mezi morfologickými a transportními vlastnostmi kompozitních struktur.
Seznam odborné literatury:
R. Hrach: Počítačová fyzika II, Ústí nad Labem 2003.
M. Kramarič: Bakalářská práce, MFF UK 2007.
M. Švec: Doktorská dizertační práce, MFF UK 2007.
Další literatura po dohodě s vedoucím bakalářské práce.
Vedoucí: Doc. RNDr. Pavel Sobotík, CSc. - A326, A327, A332, tel. 2250, 2342, 2346
Anotace:
Po dopadu molekuly vody na povrch Si(100) 2×1 dochází k její disociaci a navázání na atomy křemíku. Vzniká struktura nazývaná jako defekt typu C. Bylo pozorováno, že během řádkování hrotem mikroskopu nad tímto defektem dochází k přepínání defektu mezi různými konfiguracemi, související s přesuny vodíku nebo skupiny OH .
Zvládnutím řízeného přepínání defektu a pochopení jeho interakce s hrotem může následně umožnit řízenou manipulaci s disociovanou molekulou vody a také její cílené přemisťování po povrchu. Vzhledem k tomu, že takto adsorbovaná molekula působí jako nukleační centrum na povrchu, tj. při depozici kovů na povrch Si dochází k přednostnímu růstu kovových struktur právě v místě těchto defektů, mohli bychom cíleným umisťováním těchto defektů vytvářet předlohy pro vznik kovových struktur 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 nalezení parametrů, při nichž by mohlo docházet k přesunu skupin H a OH po povrchu.
Úkoly práce jsou:
• Seznámení se s problematikou STM experimentu v ultravakuu
• Příprava rekonstruovaného povrchu Si(100) 2×1
• Identifikace disociované molekuly vody na povrchu - C defektu
• 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 důležité pro možnost realizace předloh pro přípravu uspořádaných nanostruktur kovů na povrchu rekonstruovaného křemíku – Si(100)2×1.
Vedoucí: Doc. RNDr. Lubomír Přech, Dr. - A234, A225, A230, tel. 2304, 2320, 2319, 2317
Anotace:
Okolozemní rázová vlna je důležitým útvarem v kosmickém plazmatu. Dříve než sluneční vítr vejde do kontaktu se zemskou magnetosférou, jsou jeho parametry pozměněny průchodem přes rázovou vlnou a mezilehlou přechodovou oblastí (magnetosheath). Okolozemní rázová vlna je pro fyziky dostupným příkladem astrofyzikálních rázových vln v bezesrážkovém plazmatu, což dovoluje detailně studovat procesy jako je disipace, generace vln nebo urychlování částic. Pro nastavení a ověření modelů polohy rázové vlny v závislosti na proměnlivých parametrech slunečního větru je důležitá existence co nejširšího souboru průchodů rázové vlny sestavená z měření družic na různých oběžných drahách. Tyto soubory jsou pro vybrané družice přístupné např. na webových stránkách NASA http://nssdc.gsfc.nasa.gov/ftphelper/bowshock.html.
Družice INTERBALL-1 strávila v letech 1995-2000 několik tisíc hodin měřeními ve slunečním větru a pozorovala stovky přechodů rázové vlny. Na základě těchto dat existuje několik dílčích souborů s časy a parametry přechodů, úplná databáze, kompatibilní s uvedenými stránkami NASA, však dosud neexistuje. Rozpracován je rovněž automatický klasifikační algoritmus pro stanovení oblasti, ve které INTERBALL-1 vykonával měření (sluneční vítr/přechodová oblast/magnetosféra).
Soustava družic CLUSTER 1-4 je na oběžné dráze od roku 2000, pravidelná měření jsou k dispozici od počátku roku 2001 do současnosti. Systematická data o přechodu okolozemní rázové vlny jsou publikována pouze do května 2002, jinak jsou k dispozici opět jen dílčí data.
Cílem bakalářské práce by bylo spojit a zkontrolovat uvedené dílčí soubory a na základě archivovaných měření parametrů plazmatu a magnetického pole z uvedených družic doplnit databázi o další pozorování průchodu rázové vlny a připravit další podklady pro zahrnutí tohoto souboru do společné databáze NASA.
Během řešení práce student získá základní orientaci a zkušenosti se zpracováním různých družicových dat a případně s programováním v jazyce IDL a seznámí se s problematikou výzkumu kosmického plazmatu.
Bakalářská práce zapadá do kosmického výzkumu na KFPP podporovaného řadou českých a zahraničních grantových projektů a lze na ni navázat pracemi v následném magisterském i doktorském studiu.
Obrázky ukazují evidované průchody rázové vlny podle pozorování družic IMP-8, GEOTAIL a MAGION-4 v letech 1995-2000. 3879 průchodů z databáze NASA je zobrazeno v souřadném systému GSE (Geo-Solar Ecliptic).
Vedoucí: Prof. RNDr. Jana Šafránková, DrSc. - A226, tel. 2301
Anotace:
V rámci mezinárodního výzkumného programu Living With the Star bylo vypuštěno na oběžnou dráhu okolo Země 5 identických družic projektu Themis. Projekt, do kterého se zapojilo i naše pracoviště, je určen pro studium struktury magnetosféry Země a vzniku magnetických bouří a sub-bouří. Součástí všech 5 družic je takové přístrojové vybavení, které dovoluje měřit parametry plazmatu, elektrická a magnetická pole a toky nabitých částic vysokých energií.
Cílem bakalářské práce bude prohlédnout a zobrazit data z jednotlivých družic toho projektu, a tak představit první výsledky měření projektu. Práce je konkrétně zaměřena na identifikaci jednotlivých magnetosférických hranic a oblastí viděných zmíněnými družicemi.
Výzkum vztahů Slunce – Země, do kterého téma zapadá, je součástí výzkumného záměru a je podporován několika granty.
Zásady pro vypracování:
1) Vytvoření uceleného přehledu měření magnetického pole a plazmových dat 5 družic projektu.
2) Doplnění tohoto přehledu o souřadnice a vzájemné vzdálenosti jednotlivých družic projektu.
3) Identifikace magnetosférických hranic a oblastí na základě dat a příprava souhrnu časů průchodů jednotlivých družic těmito hranicemi.
Seznam odborné literatury
Programování v IDL, technická dokumentace projektu.
J. A. Bittencourt: Fundamentals of Plasma Physics, Springer-Verlag, New York, 2004.
F. F. Chen: Introduction to Plasma Physics and Controlled Fusion. Springer, New York, 2004.
Vedoucí: Prof. RNDr. Zdeněk Němeček, DrSc. - A226, tel. 2301
Anotace:
V poměrně nedávné době (90. léta) byly objeveny intenzívní světelné záblesky (tzv. sprites v anglické literatuře) mezi bouřkovými mraky a spodními vrstvami ionosféry. Tyto záblesky jsou obdobou blesků s tím rozdílem, že směřují z mraku vzhůru. Předpokládáme, že tyto efekty jsou velice podstatnou složkou vzájemných vazeb mezi sluneční činností a klimatem na povrchu Země. Ke komplexnímu výzkumu těchto záblesků je určen mezinárodní projekt TARANIS. V rámci projektu bude vypuštěna družice, která bude mít za úkol měřit elektromagnetické i korpuskulární záření, které výboje produkují. Naše pracoviště se účastní konstrukce detektoru relativistických elektronů. Pro správnou interpretaci dat je nutno odlišit elektrony generované bleskovým výbojem od elektronů z jiných zdrojů, zejména od elektronů unikajících z radiačních pásů.
Úkolem bakalářské práce je provést rešerši časopisecké literatury z let 1980 – 2005 a na základě publikovaných měření zkonstruovat mapy výskytu relativistických elektronů za různých geomagnetických podmínek. Hlavní pozornost by měla být věnována parametrům a četnosti náhlých krátkodobých zvýšení toku těchto elektronů. V případě zájmu je možno práci rozšířit i o analýzu dat z projektu APEX, kde se podobná měření prováděla.
Téma bakalářské práce navazuje na předchozí úspěšně obhájenou bakalářskou práci, která se zabývala světelnými efekty spojenými s výboji mezi bouřkovými mraky a ionosférou.
Problematika je součástí výzkumného záměru a je možno v obdobném směru studia pokračovat i v dalších stupních studia.
Zásady pro vypracování
Úkolem bakalářské práce je konkrétně:
1) vyhledání vhodné časopisecké literatury
2) identifikace a následný přehled výskytu relativistických elektronů
3) závislost výskytu zmíněných elektronů na geomagnetických podmínkách
4) pokus o vytvoření o vytvoření mapy výskytu
Seznam odborné literatury
F. F. Chen: Introduction to Plasma Physics and Controlled Fusion. Springer, New York, 2004.
V. P. Pasko, U.S. Inan and T.F.Bell: Sprites produced by quasi-electric heatig and ionization in the lower ionosphere, J.Geophys. Res., 102, 4529, 1997.
Pro řešení bakalářského úkolu budou hlavně využity články, které v posledních 10 letech byly o výskytu relativistických elektronů publikovány.
