Katedra fyziky povrchů a plazmatu vypisuje pro školní rok
2014/2015 následující témata bakalářských prací.zobrazit předchozí rok (2013/2014), další rok (2015/2016)
POZOR! Neprohlížíte aktuálně vyhlášená témata.
Katedra fyziky povrchů a plazmatu vypisuje pro školní rok
2014/2015 následující témata bakalářských prací.
Zájemce prosíme, aby se zapisovali v sekretariátu KFPP ve 2. patře KO Troja.
Vedoucí: 
Prof. RNDr. Rudolf Hrach, DrSc. - A236, A241, tel. 2328, 2344
Anotace:
Práce bude věnována studiu procesů probíhajících při interakci plazmatu s povrchy vnořených pevných látek. Při této interakci se na rozhraní mezi nenarušeným plazmatem a vnořeným substrátem vytvoří přechodová oblast, tzv. stínící vrstva, která výrazně ovlivňuje procesy probíhající na podložce nebo sondě. V případě složitějších problémů – např. studium plazmatu při vyšších tlacích, studium dynamických procesů v plazmatu nebo sondová diagnostika vysokoteplotního plazmatu – je nejvhodnější technikou jejich řešení částicové počítačové modelování.
Zásady pro vypracování:
1. Seznámit se s problematikou.
2. Vytvořit dvourozměrný částicový model interakce nízkoteplotního plazmatu s vnořenou pevnou látkou (na základě existujícího vzorového programu).
3. Studovat vliv složení plazmatu na procesy ve stínící vrstvě a na rozdělení nabitých částic dopadajících na povrch vnořené látky.
4. Diskutovat získané výsledky a navrhnout možnost zvýšení efektivity výsledného programu postupy softwarovými nebo hardwarovými.
Seznam odborné literatury:
R. Hrach: Počítačová fyzika I, Ústí nad Labem 2003.
F. F. Chen: Introduction to Plasma Physics and Controlled Fusion, Springer 2006.
Další literatura po dohodě s vedoucím bakalářské práce.
Vedoucí: Doc. RNDr. Karel Mašek, Dr. - A130, A126, A346, tel. 2753, 2242 (fax), 2313, 2252
Konzultant: Prof. RNDr. Vladimír Matolín, DrSc. - A124, A132, A346, tel. 2323, 27432, 2734, 2252
Anotace:
Modifikované vrstvy oxidu wolframu mají v současnosti široké uplatnění v řadě laboratorních i průmyslových aplikacích. Vrstvy WO3 se používají jako základní materiál různých katalyzátorů a chemických senzorů. Mikrostruktura a morfologie těchto vrstev určují jejich fyzikálně chemické vlastnosti. Citlivost, selektivitu i stabilitu těchto zařízení lze výrazně ovlivnit dopováním povrchu oxidu aktivními kovy (Au, Pd, Pt, ...). Výzkum vlastností katalyzátorů a senzorů se provádí na definovaných modelových systémech s dobře popsanou strukturou a chemickým složením. Tenké vrstvy WO3 je možné připravit různými metodami. V rámci této bakalářské práce budou vrstvy oxidu wolframu připravovány vakuovým napařováním na povrch (111) monokrystalu mědi. Povrch oxidu bude dále dopován malým množstvím Au a Pt. Struktura a chemický stav takto vzniklého systému budou sledovány metodami reflexní difrakce rychlých elektronů (RHEED) a fotoelektronou spektroskopií (XPS). Bakalářská práce by měla poskytnout úplný popis strukturních parametrů modelového systému Au-Pt / WO3.
Zkoumání povrchů pevných látek se provádí tzv. metodami analýzy povrchů. K nim patří i metoda RHEED (Reflection High-Energy Electron Diffraction – difrakce elektronů s vysokou energií na odraz) založená na difrakci elektronů. RHEED patří k nejpoužívanějším metodám kontroly růstu tenkých vrstev v laboratoři i průmyslu. Difrakční obrazec je ze stínítka snímán do počítače pomocí vysoce citlivé CCD kamery. Metoda poskytuje informace o struktuře a morfologii povrchu zkoumaného vzorku v atomárním měřítku.
Bakalářská práce se zabývá měřením, zpracováním a interpretací difrakčních obrazců získaných na monokrystalickém vzorku po přípravě oxidové vrstvy a depozici kovových materiálů. Vyhodnocení difrakčních obrazců z epitaxních vrstev vede k popisu krystalické struktury těchto vrstev a jejich epitaxních parametrů. Obrazové informace se zpracovávají v programovém systému Labview a Imaq Vision firmy National Instruments. Chemické složení a chemický stav zkoumaných povrchů bude analyzován metodami fotoelektronové a Augerovy spektroskopie (XPS a AES).
Zásady pro vypracování:
1) Seznámení se s laboratorním systémem RHEED.
2) Příprava a analýza struktury vrstvy oxidu wolframu na povrchu Cu(111).
3) příprava a analýza bimetalických vrstev Au-Pt.
4) Vyhodnocení naměřených dat.
Navrhovaná bakalářská práce úzce souvisí s projekty řešenými ve skupině povrchů KFPP a lze na ni navázat v následném magisterském i doktorandském studiu.
Literatura:
1) L. Eckertová, L. Frank, Metody analýzy povrchů – Elektronová mikroskopie a difrakce, Academia, Praha, 1996.
2) L. Eckertová a kol., Metody analýzy povrchů, Elektronová spektroskopie, Academia, Praha 1990.
3) J. Beran, Bakalářská práce, MFF UK, Praha 2008.
4) J. Polášek, Diplomová práce, MFF UK, Praha 2012.
5) S. Nemšák, Doktorandská disertační práce, MFF UK, Praha 2008.
6) Články v odborných časopisech podle dohody s vedoucím práce.
Vedoucí: Doc. RNDr. Václav Nehasil, Dr. - A134, A141, tel. 2776, 2751
Konzultant: RNDr. Ivan Jirka CSc. (Ústav fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR)
Anotace:
Biokompatibilní materiály mají důležitou funkci v moderní medicíně (kloubní náhrady, zubní implantáty, cévní výztuhy a další). Jedná se o materiály skládající se z prvků, které tělo dokáže přijmout bez alergické reakce, která může zkomplikovat nebo znemožnit celý léčebný proces. Pro biokompatibilitu materiálů je zásadní stav povrchu daného materiálu (t.j. jeho chemické složení a vhodná modifikace povrchu). Volba optimálního materiálu vhodného pro kostní náhrady není vyřešena. K nejatraktivnějším patří v současnosti materiály na bázi slitin titanu (Ti).
Nejčastěji používaná je slitina skládající se kromě Ti z hliníku (Al) a vanadu (V): Ti-6Al-4V. Tento materiál má velmi vhodné mechanické vlastnosti, bylo však prokázáno, že přítomné prvky Al a V představují určitá zdravotní rizika, například vyšší pravděpodobnost vzniku Alzheimrovy nemoci. Proto se v současnosti hledají kovy, které by s Ti tvořily slitiny podobných mechanických vlastností, ale nepřinášely by výše zmíněná rizika. V současné době bylo prokázáno, že takovým kovem je niob (Nb).
Důležitá je modifikace povrchu materiálů pomocí nejrůznějších technologií (oxidace termická, anodická, ve výboji a další), která může způsobit změnu rozdělení náboje mezi povrchovými atomy. Elektronová struktura, kterou lze přímo studovat metodou XPS, ovlivňuje interakci povrchu s molekulami plynů (dá se sledovat metodami TDS a MB). Tím práce zapadá do okruhu problémů, který ve skupině Fyziky povrchů řešíme (vliv elektronové struktury na interakci povrchu s okolím).
Výzkum vlastností povrchu těchto materiálů představuje zajímavý fyzikální problém, přitom se ale jedná o zcela nový směr jak výběrem zkoumaných materiálů tak i praktickým využitím výsledků, které mohou mít významné technologické aplikace.
Vypsaná bakalářská práce má našimi experimentálními metodami (XPS, TDS, MB) nalézt charakteristické vlastnosti povrchu TiNb a prověřit rozdíly mezi různě připravenými vzorky (vzorky bude připravovat RNDr. I. Jirka).
Zásady pro vypracování:
1) Teoretická část: Seznámit se s Rentgenovou fotoelektronovou spektroskopií (XPS) a jejím použitím. Seznámit se s metodami studia adsorpce plynů metodou Molekulárních svazků (MB) a Termodesorpční spektroskopie (TDS).
2) Praktická část: Proměřit metodami XPS a TDS vrstvy TiNb s povrchy modifikovanými v Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR. Užitím fotoelektronových spekter určit kvantitativní složení povrchu, jeho čistotu a chemický stav obou základních složek (Ti, Nb). Provést adsorpce molekul vhodných pro stanovení jejich vlastností z hlediska biokompatibility (např. H2O, NH3). Sledovat desorpci těchto molekul pomocí TDS. Kombinací obou metod určit souvislosti mezi různými způsoby modifikace povrchu dodaných vzorků a jejich adsorpčními schopnostmi. Porovnat chemický stav čistého připraveného povrchu (as received) se stavem po adsorpci testovacích molekul a po jejich následné desorpci.
3) Zpracování: Získané výsledky interpretovat a sepsat ve formě bakalářské práce.
Literaratura:
1) L. Eckertová a kol., Fyzikální elektronika pevných látek, Univerzita Karlova, Praha, 1992.
2) Ch. Kleint, K.-D. Brzoszka, Cs. cas. fyz. A 25 (1975) 345.
3) D. Briggs and M. P. Seah, Practical Surface Analysis, John Willey and Sons, Chichester, England, 1990.
4) Články z odborných časopisů - podle výběru konkrétního materiálu.
Vedoucí: Mgr. Josef Mysliveček, Ph.D. - A133, tel. 2333
Anotace:
Katalyzátory pro energetiku na bázi vodíku, zejména pro konverzi energie v palivovém článku, pracují v kapalném prostředí elektrolytu [1]. V komplexu fyzikálně-chemických metod, které vlastnosti katalyzátorů v elektrolytu zkoumají, zaujímají důležité postavení mikroskopie atomárních sil (AFM, Atomic Force Microscopy) [2] a cyklická voltametrie (CV, Cyclic Voltammetry) [3].
Cílem vypisované diplomové práce je provést měření, která umožní najít vztahy mezi morfologií modelového katalyzátoru v prostředí elektrolytu (měřena AFM) a jeho reaktivitou (měřena CV). Měření bude provedeno v pracovní skupině fyziky povrchů KFPP MFF UK na komerčním mikroskopu AFM vybaveném pro měření morfologie a CV v prostředí elektrolytu.
Cíle práce:
1) Seznámení se s experimentální technikou AFM [2].
2) Seznámení se s principem potenciostatu a cyklické voltametrie [3].
3) Měření morfologie modelového katalyzátoru pomocí AFM.
4) Měření reaktivity modelového katalyzátoru pomocí CV.
5) Vyhodnocení a prezentace získaných dat.
Práce navazuje na dlouhodobé aktivity pracovní skupiny fyziky povrchů ve špičkovém základním i aplikovaným výzkumu katalyzátorů na bázi reducibilních oxidů [4,5]. Práce je součástí mezinárodního výzkumného projektu financovaného 7. RP EU, v rámci kterého jsou vyvíjeny moderní heterogenní katalyzátory pro palivové články.
Literatura:
[1] Anode Material for Hydrogen Polymer Membrane Fuel Cell: Pt–CeO2 RF-Sputtered Thin Films, Vaclavu, M; Matolinova, I; Myslivecek, J; Fiala, R; Matolin, V, Journal of the Electrochemical Society, 156 (8): B938–B942, 2009.
[2] Scanning tunneling microscopy. [Vol.] II, Further applications and related scanning techniques / H.-J. Güntherodt, R. Wiesendanger (eds.) 2nd ed., Berlin : Springer, 1995.
[3] Fundamentals of Electrochemistry / V.S. Bagotsky, 2nd ed., John Wiley & Sons, Inc., New York, 2005.
[4] Support nanostructure boosts oxygen transfer to catalytically active platinum nanoparticles, Vayssilov, GN; Lykhach, Y; Migani, A; Staudt, T; Petrova, GP; Tsud, N; Skala, T; Bruix, A; Illas, F; Prince, KC; Matolin, V; Neyman, KM; Libuda, J, Nature Materials, 10 (4): 310–315, 2011.
[5] Water interaction with CeO2(1 1 1)/Cu(1 1 1) model catalyst surface, Matolin, V; Matolinova, I ; Dvorak, F; Johanek, V; Myslivecek, J; Prince, KC; Skala, T; Stetsovych, O; Tsud, N; Vaclavu, M; Smid, B, Catalysis Today, 181 (1): 124–132, 2012.
Vedoucí: RNDr. Josef Mysliveček, Ph.D. - A133, tel. 2333
Konzultant: Prof. RNDr. Vladimír Matolín, DrSc. - A124, A132, A346, tel. 2323, 27432, 2734, 2252
Anotace:
Katalyzátory pro energetiku na bázi vodíku, zejména pro konverzi energie v palivovém článku, pracují ve vodném prostředí s jednoduchými molekulami (H2O, CO, CH3OH). Optimalizace výkonu těchto katalyzátorů vyžaduje podrobný popis interakce těchto molekul s povrchem katalyzátoru.
Cílem vypisované bakalářské práce je zkoumat reakci vybraného plynu na povrchu některého z modelových katalyzátorů na bázi oxidu ceru (CeO2) [1], které jsou vyvíjeny v labotratoři fyziky povrchů KFPP. Reakce bude charakterizována metodou rastrovací tunelové mikroskopie (STM), která zobrazí morfologii povrchu modelového katalyzátoru až s atomárním rozlišením [2,3] a metodou XPS (rentgenová fotoelektronová spektroskopie), která poskytne detailní informaci o chemickém stavu modelového katalyzátoru [4].
Cíle práce:
- Seznámení se s experimentálními metodoami STM, XPS.
- Příprava modelového povrchu katalyzátoru na bázi oxidu ceru, reakce s vybraným plynem (H2O, CO, CH3OH).
- Měření morfologie a chemického složení povrchu.
- Vyhodnocení a prezentace získaných dat.
Bakalářská práce bude prováděna na aparatuře, která umožňuje studium vzorků pomocí STM a integrálních povrchových technik (adsorpce, desorpce, hmotnostní spektroskopie, XPS -fotoelektronová spektroskopie). Práce je součástí mezinárodního výzkumného projektu, v rámci kterého je vyhodnocována chemická reaktivita povrchů v souvislosti s vývojem moderních heterogenních katalyzátorů pro energetické aplikace [5,6].
Literatura:
[1] A. Trovarelli, Catalysis by ceria and related materials (Imperial College Press, London, 2002)
[2] C.J. Chen, Introduction to Scanning Tunneling Microscopy (Oxford University Press, 2007)
[3] F. Dvořák, Diplomová práce, KFPP MFF UK, 2010.
[4] L Eckertová (Ed.), Elektronová spektroskopie (Academia, Praha, 1990)
[5] Happel, M; Mysliveček, J; Johánek, V; Dvořák, F; Stetsovych, O; Lykhach, Y; Matolín, V; Libuda, J; Adsorption sites, metal-support interactions, and oxygen spillover identified by vibrational spectroscopy of adsorbed CO: A model study on Pt/ceria catalysts, Journal of Catalysis, 289 (1): 118?126, 2012. doi:10.1016/j.jcat.2012.01.022
[6] Vayssilov, GN; Lykhach, Y; Migani, A; Staudt, T; Petrova, GP; Tsud, N; Skala, T; Bruix, A; Illas, F; Prince, KC; Matolín, V; Neyman, KM; Libuda, J; Support nanostructure boosts oxygen transfer to catalytically active platinum nanoparticles, Nature Materials, 10 (4): 310?315, 2011. doi:10.1038/nmat2976
Vedoucí: Doc. RNDr. Ivan Ošťádal, CSc. - A325, A327, A332, tel. 2336, 2342, 2346
Konzultant: Doc. RNDr. Pavel Sobotík, CSc. - A326, A327, A332, tel. 2250, 2342, 2346
Anotace:
Jednoduché jednorozměrné kovové nanostruktury na orientovaných površích křemíku představují výchozí prvky pro řadu morfologicky složitějších objektů. Pro jejich růst pomocí vakuového napařování je jedním z určujících parametrů schopnost povrchové difúze nanášených atomů. Skenovací tunelová mikroskopie (STM) umožňuje experimentálně zkoumat povrchovou mobilitu adatomů kovů s atomárním rozlišením. Sledování difúzních drah jednotlivých adatomů poskytuje informace o preferovaných adsorpčních pozicích, vlivu povrchových defektů a dalších přítomných adatomů. Vzhledem k omezené rychlosti zobrazování povrchu v STM se v případě rychlých přeskoků pro určení doby pobytu adatomu v adsorpční pozici využívá techniky tzv. „time spectroscopy“, při které registrujeme přítomnost adatomu „pod hrotem“ mikroskopu prostřednictvím změny tunelového proudu. Tato technika je jednoduše použitelná v případě, že adatom se opakovaně pohybuje v nějaké uzavřené oblasti (např. půlcela povrchové rekonstrukce Si(111)-7×7). Statistické zpracování dvoustavových fluktuací tunelového proudu umožňuje určit střední dobu pobytu v adsorpční pozici, která je tepelně aktivovaná. Měření při různých teplotách umožní určit aktivační energii přeskoků – potenciálové bariéry – mezi adsorpčními pozicemi.
Úkoly práce:
1. Seznámení s technikou STM a přípravou vhodného povrchu Si pro experiment.
2. Získání základních poznatků o vztahu fluktuací tunelového proudu a doby pobytu adatomu v adsorpční pozici.
3. Seznámení se základy analýzy časových řad.
4. Depozice malého množství atomů kovu (Sn, In), aby bylo možné na povrchu pozorovat jednotlivé atomy.
5. Naměření dostatečného počtu záznamů tunelového proudu pro vybrané adsorpční pozice a jejich statistické zpracování.
Měření bude provedeno na ultravakuovém STM zařízení, které umožňuje přípravu vzorků vakuovým napařováním kovů a jejich měření při různých teplotách. Součástí ovládací elektroniky STM je záznam a spektrální analýza časových řad proudových fluktuací.
Literatura:
Chen C.J., Introduction to Scanning Tunneling Microscopy, Oxford Univ. Press, Oxford 1993, 2008.
Další literatura a články podle doporučení vedoucího práce.
Vedoucí: Doc. RNDr. Ivan Ošťádal, CSc. - A325, A327, A332, tel. 2336, 2342, 2346
Anotace:
Rastrovací tunelový mikroskop (STM) umožňuje zobrazení povrchu vodivé pevné látky s atomárním rozlišením pomocí svazku tunelujících elektronů, který je v prostoru silně lokalizován. Elektrony tunelují mezi rastrující sondou (kovovým hrotem) a vzorkem ve vzdálenosti 0,4-0,5 nm. Atomy na povrchu vzorku jsou vystaveny působení sil elektrického a kvantově-mechanického původu. V důsledku této interakce může docházet k přemisťování povrchových atomů nebo jejich přenosu mezi hrotem a vzorkem. Ovládnutí tohoto mechanismu lze pak využít pro řízenou manipulaci a vytváření umělých atomárních konfigurací na povrchu pomocí STM. Pro získávání nezkreslené informace o atomárním uspořádání povrchu a zejména o povrchových procesech (adsorpce, difúze, nukleace a růst uspořádaných struktur) je však interakce mezi hrotem a povrchem nežádoucí a při přímém studiu procesů je potřeba přinejmenším hledat podmínky pro minimální či zanedbatelné působení. Charakter interakce je dán energiemi vazeb zúčastněných atomů a parametry tunelového přechodu (proud, napětí a polarita, které společně s elektronovou strukturou systému určují vzdálenost hrot-vzorek).
Práce je zaměřena na experimentální studium interakce wolframového hrotu STM s atomy adsorbovanými na povrchu křemíku s orientací (100) při pokojové a nízkých teplotách. Vhodně zvolenými experimenty se pokusíme o mapování podmínek pro různé typy interakcí hrotu s atomy kovů deponovanými na Si(100).
Úkoly práce jsou:
- Seznámení se zařízením STM, problematikou STM experimentu v ultravakuu a měřením.
- Zvládnutí elektrochemické přípravy wolframových hrotů pro STM.
- Příprava rekonstruovaného povrchu Si(100) 2×1.
- Depozice vybraného kovu (In, Sn nebo Al) na povrch, vytvoření vzorků s nízkým i vysokým pokrytím a zobrazení získaných struktur v STM.
- Návrh experimentu pro studium interakce.
- Provedení a vyhodnocení experimentů.
Zadání vychází z výsledků získaných při studiu jednorozměrných (1-D) kovových řetízků na Si(100). Získané poznatky budou využity při přípravě "umělých" konfigurací atomů v rámci studia morfologie a elektronových vlastností 1-D a 2-D nanostruktur na křemíku.
Měření bude provedeno na ultravakuovém STM zařízení, které umožňuje přípravu vzorků vakuovým napařováním kovů a jejich měření při různých teplotách.
Literatura:
Chen C.J., Introduction to Scanning Tunneling Microscopy, Oxford Univ. Press, Oxford 1993, 2008.
Další literatura a články podle doporučení vedoucího práce.
Vedoucí: Doc. RNDr. Pavel Sobotík, CSc. - A326, A327, A332, tel. 2250, 2342, 2346
Anotace:
V současné době je věnována značná pozornost problematice uspořádaného růstu vybraných organických molekul (ftalocyanin, ferrocen, pentacen, porfyrin, thiofen ...), zejména v souvislosti s jejich využitím pro OLED diody, FET tranzistory a solární články. Velmi perspektivní se jeví pokusy o tvorbu molekulárních drátů a organických sítí použitelných pro kvantové počítaní či pro realizaci neuronových sítí. Pro tyto účely je rozhodující mít možnost zkoumat lokální elektronické vlastnosti jednotlivých molekul, měnit jejich nábojový stav a charakterizovat transport náboje molekulou. Nezastupitelnou roli v této oblasti sehrávají lokální techniky jako STM a AFM, které umožňují nejen atomární zobrazení zkoumaných struktur a charakterizaci jejich elektronických vlastností, ale umožňují i manipulace s jednotlivými atomy a molekulami.
Cílem práce je definovaná depozice vybraných molekul (ftalocyanin , bis-ferrocen) a následná charakterizace vzniklých nanostruktur pomocí tunelové mikroskopie, zahrnující rovněž studium vzájemným interakcí molekul a reakci molekul na přítomnost hrotu STM.
Zásady pro vypracování:
1) Detailní seznámení se s metodou STM.
2) Zvládnutí depozice vybraného druhu molekul.
3) Podíl na vyladění elektroniky STM pro skenování při proudech ~ 1 pA.
4) Charakterizace deponovaných struktur pomocí STM.
5) Vyhodnocení experiment.
Literatura:
1. Bai C., Scanning Tunneling Microscopy and its Application, Springer Series in Surf. Sci. 32, Berlin-Heidelberg, New York 1992.
2. Methods of experimental physics: Scanning tunneling microscopy, ed. by J. A. Stroscio, W. J. Kaiser, Academic Press Ltd., 1993.
3. Aktuální dostupná časopisecká literatura.
Vedoucí: Doc. RNDr. Pavel Sobotík, CSc. - A326, A327, A332, tel. 2250, 2342, 2346
Anotace:
V současné době je značná pozornost věnována problematice uspořádaného růstu vybraných organických molekul (ferrocen, pentacen, porfyrin, thiofen ...), zejména v souvislosti s jejich využitím pro OLED diody, FET tranzistory a solární články. Řadu zajímavých materiálů lze vypařovat/sublimovat v UHV podmínkách za relativně nízkých teplot ~ 200°C. Cílem práce je realizace zdroje molekul. Tento zdroj bude navíc vybaven integrovaným detektorem toku vypařovaných molekul, který je nezbytný pro definovanou depozici velmi malého množství molekul, např. přímo pod hrot STM.
Součástí práce je také kalibrace zdroje a vytvoření napájecích a detekčních obvodů a ovládání v prostředí Labview.
Zásady pro vypracování:
1) Detailní seznámení se s technikou vakuového napařování.
2) Podíl na návrhu zdroje molekul.
3) Realizace potřebné elektroniky a ovládacího programu v Labview.
4) Kalibrace zdroje pro vybraný typ molekul.
5) Vyhodnocení experimentů
Literatura:
1. John A. Venables, Introduction to Surfaces and Thin Film Processes, Cambridge University Press 2000.
2. Handbook of Thin Film Deposition, Processes and Technologies, edited by Krishna Seshan, William Andrew Publishing, Norwich, New York.
3. Aktuální dostupná časopisecká literatura.
Vedoucí: Prof. RNDr. Jana Šafránková, DrSc. - A226, tel. 2301
Anotace:
Obsah iontů helia v plazmatu slunečného větru se pohybuje v řádu jednotek procent, ale byly zaznamenány i případy, kdy se obsah helia krátkodobě zvýšil i na 15–20 %. Tyto případy obvykle souvisí s výrazně zvýšenou sluneční aktivitou. Měření relativního zastoupení helia tak přináší důležité informace o procesech probíhajících na slunečním povrchu a v koroně, které nejsou přístupné přímým měřením.
V srpnu 2011 byl na oběžnou dráhu vynesen družicí Spektr-R přístroj BMSW, který měří integrální rozdělovací funkci iontů slunečního větru. Z této rozdělovací funkce je možno jednoduchým způsobem určit relativní zastoupení základních iontů — protonů a helia (alfa částic). Do dnešních dnů máme soubor dat, který umožňuje porovnat na relativně krátké časové škále změny helia, a to srovnáním měřením družic Wind a Spektr-R.
Úkolem práce je tedy provést porovnání obsahu helia v závislosti na změnách souvisejících ze stavem zdroje (sluneční cyklus, rychlost slunečního větru, aj.). Zvláštní pozornost bude věnována rychlým variacím spojeným s pohybem plazmatu v tokových trubicích.
Zásady pro vypracování:
1) Studium literatury o slunečním větru a jeho hmotovém složení.
2) Seznámení se s principem měření přístroje BMSW, se strukturou datových souborů a s prvními výsledky měření alfa částic získanými z přístroje.
3) Vytvoření algoritmu pro vyhledání tokových trubic a určení relativního zastoupení helia v nich.
4) Pokus o statistickou studii variací obsahu helia v jednotlivých trubicích pro různé podmínky ve slunečním větru.
5) Diskuze výsledků.
Literatura:
[1] M. G. Kivelson, C. T. Russell: Introduction to Space Physics. University Press, Cambridge 1995.
[2] Safrankova, J; Nemecek, Z; Cagas, P; Prech, L; Pavlu, J; Zastenker, GN; Riazantseva, MO; Koloskova, IV., Short-scale variations of the solar wind helium abundance, Astrophys. J., 778 (1): Art. No. 25 (7 pages), 2013.
[3] Safrankova, J; Nemecek, Z; Prech, L; Zastenker, G; Cermak, I; Chesalin, L; Komarek, A; Vaverka, J; Beranek, M; Pavlu, J; Gavrilova, E; Karimov, B; Leibov, A., Fast solar wind monitor (BMSW): Description and first results, Space Sci. Rev., 175 (1-4): 165–182, 2013.
Vedoucí: Prof. RNDr. Zdeněk Němeček, DrSc. - A226, tel. 2301
Anotace:
Sluneční vítr je možno považovat za bezesrážkové plazma pohybující se rychlostí 300–800 km/s radiálně směrem od Slunce. Jeho koncentrace se mění v rozmezí 1–100 cm–3 a teplota se pohybuje v rozsahu 1–30 eV. Ve hmotovém spektru převažují protony (~0,96) a jádra helia (~0,04), podíl těžších prvků je pro naše účely zanedbatelný. Prozatím byly tyto parametry měřeny s časovým rozlišením několik vteřin.
Ve slunečním větru jsou však poměrně často pozorovány až řádové změny jeho parametrů (jak ukazuje přiložený obrázek) na intervalech kolem 1 s nebo i kratších. Proto byl pro měření parametrů slunečního větru (přesněji jeho protonové složky) na katedře zkonstruován detektor složený ze šesti Faradayových válců (přístroj BMSW) a umístěn na družici SPEKTR-R, která nyní krouží kolem Země a určuje všechny parametry slunečního větru s časovým rozlišením 30 ms.
Úkolem diplomové práce je vyhledávání a klasifikace náhlých změn toku (koncentrace a směru rychlosti) slunečního větru v datech přístroje BMSW a sledování jejho šíření na dráze Země–Slunce. K tomu bude použito porovnání s pozorováním stejné události dalšími družicemi, např. SOHO, Wind, ACE, Cluster a Themis. Cílem práce je odhalit příčiny, proč některé nestability nejsou pozorovány všemi družicemi.
Zásady pro vypracování:
1) Seznámení se s problematikou variací parametrů slunečního větru.
2) Vyhledání a klasifikace změn parametrů slunečního větru v datech BMSW.
3) Vyhledání odezvy těchto změn na jiných družicích.
4) Sledování postupného vývoje těchto struktur na ose Slunce-Země.
5) Vyhledání takových struktur, které nejsou pozorovány na dalších družicích nebo se podstatně liší jejich měření.
6) Diskuze příčin nalezených jevů.
Literatura:
F. F. Chen: Úvod do fyziky plazmatu, Academia, Praha, 1984.
J. A. Bittencourt: Fundamentals of Plasma Physics, Springer-Verlag, New York, 2004.
M. G. Kivelson, C. T. Russell: Introduction to Space Physics, University Press, Cambridge 1995.
Další literatura po dohodě s vedoucím práce.
Vedoucí: RNDr. František Němec, Ph.D. - A243, tel. 2330
Anotace:
Současné měření několika různých složek elektromagnetického pole umožňuje provést detailní vlnovou analýzu pozorovaných elektromagnetických vln (tj. určení směru vlnového vektoru, polarizace, atd.). Cílem práce je provést systematickou studii vlnových vlastností pozorovaných ve výškách okolo 700 km družicí DEMETER. Výsledky práce by měly přispět k určení zdrojů pozorovaných vln a odhadu jejich relativní důležitosti. Téma může být dále rozvinuto v rámci magisterského studia. Podrobnější informace osobně.
Cíle bakalářské práce:
1. Seznámení se s družicí DEMETER, zvládnutí základní práce s daty.
2. Seznámení se s metodami vlnové analýzy.
3. Úprava a využití stávajícího softwaru pro vlnovou analýzu pro účely statistické studie.
4. Vyhodnocení a diskuze pozorovaných závislostí.
Seznam odborné literatury:
[1] Gurnett, D. A., Bhattacharjee, A.: Introduction to Plasma Physics: With Space and Laboratory Applications, Cambridge University Press, 2005.
[2] Chen, F. F.: Introduction to Plasma Physics and Controlled Fusion, Vol.1: Plasma Physics, Springer, 1984.
[3] Články v odborných časopisech doporučené vedoucím práce.
Vedoucí: Doc. RNDr. Jan Wild, CSc. - A335, A333, tel. 2312, 2314
Konzultant: Doc. RNDr. Pavel Kudrna, Dr. - A030, tel. 2225
Anotace:
Při experimentech zabývajících se interakcí krátkovlnného laserového záření s pevnou látkou vzniká konzistentní plazmový útvar (laser plume) se zajímavými vlastnostmi, který se dá využít např. k účelům přípravy tenkých vrstev se složitou stechiometrií. Charakteristiky tohoto plazmatu získané z měření metodou Langmuirovy sondy obsahují zatím nevysvětlené anomálie. Cílem práce je provést porovnávací měření v kladném sloupci doutnavého výboji, a to jak v inertním plynu, tak i případně v parách kovu (např. vizmutu), které by mohly vést k objasnění problému.
Úkoly:
1) Seznámit se s metodou pulzní laserové depozice a metodikou měření Langmuirovou sondou.
2) Účast na uvádění experimentálního systému do provozu.
3) Měření Langmuirovou sondou v inertním plynu a parách plynu.
4) Porovnání a vyhodnocení vyhodnocení výsledků.
Literatura:
1. F. F. Chen: Úvod do fyziky plazmatu, Academia, Praha, 1984.
2. J. Kracík, J. Slavík, J. Tobiáš: Elektrické výboje, SNTL, Praha, 1964.
3. Články v odborné literatuře podle dohody s vedoucím práce
Vedoucí: RNDr. Ladislav Peksa, CSc. - A336, tel. 2310
Anotace:
V souvislosti s vývojem aparatur pro extrémně nízké tlaky je celosvětově dlouhodobě studováno plynění vhodných materiálů, zejména hliníku, nerezavějících ocelí, mědi, niklu a niklových slitin apod. Některé z těchto materiálů vykazují anomální chování nevysvětlitelné jednoduchým modelem. Difuze plynů probíhá s několika různými aktivačními energiemi, plyn, především vodík, je v objemu materiálu zabudován v různě hlubokých potenciálových jamách, odkud se však může uvolnit za ne zcela jasných okolností.
Nejuniverzálnější metody studia těchto procesů sledují pohlcované množství plynu materiálem a naopak výrony rozpuštěného plynu do vakua z malých vzorků materiálu. Závažný experimentální problém představuje přenesení tepla nutného pro vyvolání dostatečně velkého proudu plynu ze vzorku, aniž by se zahřály a začaly plynit ostatní části aparatury, ev. oddělení proudu plynu ze vzorku od ostatních proudů. Experimentálně již bylo potvrzeno, že při rovnoměrném monotónním prohřívání vzorku materiálu lze z analýzy časových průběhů uvolňovaného proudu plynu usuzovat na významné hodnoty aktivační energie difuze plynu v materiálu podobně jako u termodesorpční spektrometrie. Nalézt optimální experimentální uspořádání je však obtížnější, neboť vždy sledujeme celkový výsledek několika procesů s většinou podobnými časovými konstantami (prohřívání, difuzní transport k povrchu, uvolňování plynu, čerpání, vyvolání parazitních proudů atd.)
Pro účely studia termoprogramovaného uvolňování plynu z objemu malých vzorků je vyvíjen speciální ohřev na principu soustředění radiace elipsoidním reflektorem. Všechny důležité komponenty již byly připraveny. Jádro bakalářské práce spočívá v sestavení ohřevu na aparatuře a proměření funkce a účinnosti, přičemž je nutné i vymyslet metodu těchto měření.
Práce má perspektivu rozšíření na diplomovou práci studující pomocí vyvinutého zařízení zvolené materiály.
Úkoly práce:
1) Uvedení zařízení do chodu.
2) Vývoj metodiky měření tepelné účinnosti zařízení.
3) Změření tepelné účinnosti zařízení.
Literatura:
Perkins W G. Permeation and outgassing of Vacuum materials. J Vac Sci Technol 1973; 10: 543 556.
Bryant K W Bozack M J. Versatile and economical specimen heater for ultrahigh vacuum applications. J Vac Sci Technol 1999; A 17: 3057 3061.
Mizuno M Anzai H Aoyama T Suzuki T. Determination of Hydrogen Concentration in Austenitic Stainless Steels by Thermal Desorption Spectroscopy. Materials Transactions JIM 1994; 35: 703 707.
Další časopisecká literature dle dohody s vedoucím práce.
Vedoucí: RNDr. Martin Jeřáb, Ph.D. - 418, tel. 2731
Konzultant: RNDr. Tomáš Gronych, CSc. - A337, tel. 2227, 2730
Anotace:
Společně s Českým metrologickým institutem je na půdě KFPP vyvíjen primární skupinový etalon tlaku (tj. zařízení nejvyšší přesnosti, podle které jsou ostatní zařízení kalibrovány) pro hodnoty tlaku až 10–8 Pa – ultravysoké vakuum. Ten pracuje na principu dynamické extenze. Do UHV kalibrační komory, kde je kalibrované odpovídající měřidlo, je vpouštěn známý proud plynu a současně je tento plyn také čerpán. V prostoru kalibrační komory se ustaví dynamická rovnováha mezi těmito proudy plynu a tomu také odpovídající prostorové rozložení koncentrace částic. To je ovšem značně nehomogenní a vedlo by ke zkreslení kalibrace. K homogenizaci rozložení koncentrace v kalibrační komoře UHV etalonu je žádoucí použít rozptylového členu, který je vložen do proudu vstupujícího plynu.
Zásady pro vypracování:
1. Seznámit se s problematikou.
2. Seznámit se s programem MolFlow+.
3. Navrhnout optimální tvar rozptylového členu.
4. Ověřit metodami počítačového modelování v režimu bezesrážkového proudění (metoda Monte Carlo za pomoci programu MolFlow+) vliv na rozložení koncentrace částic v kalibrační komoře.
Seznam odborné literatury:
[1] Ady, M., Kersevan, R.: MolFlow+ user guide, Cern, 2013.
[2]. Kersevan, R.: Analytical and numerical tools for vacuum systems, Grenoble, 2007.
[3] Časopisecká literatura po dohodě s vedoucím.
Vedoucí: RNDr. Kateřina Veltruská, CSc. - A131, A132, tel. 2243, 2734, 2732
Konzultant: Prof. RNDr. Vladimír Matolín, DrSc. - A124, A132, A346, tel. 2323, 27432, 2734, 2252
Anotace:
Bimetalické systémy vznikají interakcí dvou nebo více kovů, které tvoří povrchovou či objemovou slitinu. Slitina má pak většinou jiné fyzikální a chemické vlastnosti, než její složky. Velmi často se tyto nové vlastnosti uplatňují v katalýze – katalyzátory s bimetalickými složkami mohou vykazovat lepší produktivitu, selektivitu, odolnost vůči kontaminaci, pracují při nižších teplotách.
Práce navazuje na studium naprašovaných vrstev Pt-Co, které jsou na katedře testovány jako katalyzátor pro oxidačně redukční reakci pro palivové články. K porozumění mechanismů, které probíhají na reálném katalyzátoru je žádoucí znát vlastnosti tzv. modelových systémů, které jsou připravovány za definovaných podmínek. V rámci práce budou povrchově citlivými metodami studovány vrstvy připravené napařováním kovu na monokrystalickou podložku - Co/Pt(111), případně Pt/Co(111). Bude studována jejich elektronová a prostorová struktura a adsorpční a reakční vlastnosti.
Zásady pro vypracování:
1. Studium literatury.
2. Seznámení s měřící aparaturou XPS/UPS/ISS/LEED.
3. Příprava vrstev Co/Pt(111), případně Pt/Co(111).
4. Charakterizace vrstev metodami XPS, UPS, ISS, LEED, studium adsorpce kyslíku, CO a vodních par.
5. Zpracování dat.
Literatura:
1. D. Briggs, M.P. Seah: Practical Surface Analysis, vol. 2 - Auger and X-ray Photoelectron spectroscopy, Wiley, 1990, ISBN 0-471-92081-9.
2. V.R. Stamenkovic, N.M. Markovic, Oxygen reduction on platinum bimetallic alloy catalyst in Handbook of Fuel Celss Vol 5 chapter 02.
3. Časopisecká literatura po dohodě s vedoucím práce.