Katedra fyziky povrchů a plazmatu vypisuje pro školní rok
2015/2016 následující témata bakalářských prací.zobrazit předchozí rok (2014/2015), další rok (2016/2017)
POZOR! Neprohlížíte aktuálně vyhlášená témata.
Katedra fyziky povrchů a plazmatu vypisuje pro školní rok
2015/2016 následující témata bakalářských prací.
Zájemce prosíme, aby se zapisovali v sekretariátu KFPP ve 2. patře KO Troja.
Vedoucí: 
Mgr. Štěpán Roučka, Ph.D.
Konzultant: RNDr. Radek Plašil, Ph.D. - A025, A024, tel. 2224, 2237
Anotace:
Ve snaze o pochopení procesů probíhajících v chladném plazmatu mezihvězdného prostoru jsou na našem pracovišti prováděny experimenty v chladném dohasínajícím výbojovém plazmatu za teplot 40-300 K. Z důvodu prudké teplotní závislosti některých reakcí je potřeba ověřovat termalizaci plazmatu za pomoci počítačových modelů. Pro výpočet teploty elektronů využíváme jednoduchý spojitý model energetické bilance, který je implementován v programovacím jazyce python s využitím knihoven numpy a scipy.
Předmětem práce bude rozšíření stávajícího modelu o vliv nepružných srážek elektronů s molekulami vodíku a jeho srovnání s experimentem. Tento proces vede v první řadě k chlazení elektronů s vysokou energií, avšak v počátečních fázích dohasínání plazmatu může naopak docházet k předávání energie od rotačně a vibračně vybuzených molekul elektronům. Oba aspekty zmíněného procesu bude možné studovat v rámci této práce. Problém tepelné výměny prostřednictvím nepružných srážek s molekulárním vodíkem je často studován v astrofyzice a bude tedy možné čerpat informace z astrofyzikálních modelů chladných mezihvězdných oblaků.
Zásady pro zpracování:
1) Rešerše literatury týkající se nepružných srážek elektronů s molekulárním vodíkem.
2) Seznámení se stávajícím počítačovým modelem. Předchozí znalost jazyka python není nutná vzhledem k jednoduchosti používaných algoritmů.
3) Návrh a implementace modelu nepružných srážek elektronů s molekulárním vodíkem.
Seznam odborné literatury:
F. F. Chen; Základy fyziky plazmatu; Academia, Praha 1984.
L. Spitzer; Physical Processes in the Interstellar Medium; J. Wiley & Sons, New York 2008.
M. R. Krumholz; Star Formation in Molecular Clouds, arXiv:1101.5172.
H. P. Langtagen; Python Scripting for Computational Science; Springer, Berlin 2012.
Publikace v odborných časopisech a další literatura po dohodě s vedoucím.
Vedoucí: Doc. RNDr. Karel Mašek, Dr. - A130, A126, A346, tel. 2753, 2242 (fax), 2313, 2252
Anotace:
Oxid cínu se v současné době používá jako základní materiál pro senzory plynů z důvodu jeho schopnosti měnit oxidový stav v závislosti na složení okolní atmosféry. Reálné systémy jsou však pro základní výzkum vlastností těchto materiálů příliš složité. Epitaxní vrstvy slouží v řadě případů jako modelový systém pro zkoumání jejich základních vlastností a vztahu struktury a povrchové reaktivity. Nanokrystalické materiály mohou navíc vykazovat odlišné fyzikálně chemické vlastnosti ve srovnání například s tenkovrstevnými systémy. Epitaxní vrstvy oxidu cínu nebyly dosud úspěšně připraveny v širším měřítku, přestože se jedná o atraktivní materiál s řadou aplikací.
Bakalářská práce se bude zabývat růstem ultratenkých epitaxních vrstev oxidu připravených na orientovaných površích oxidu titanu. Tento systém je možné použít jako modelový pro další výzkum fyzikálně chemických vlastností. Studium jejich přípravy a základních fyzikálně-chemických vlastností je tedy prvním z kroků k širšímu výzkumu těchto vrstev.
Nanostrukturní vrstvy oxidu cínu budou připravovány v podmínkách ultravysokého vakua (UHV) metodou vakuového reaktivního napařování v proudu atomárního kyslíku. Struktura vrstev bude zkoumána metodou Reflexní difrakce elektronů na odraz (RHEED) a jejich chemické složení a stechiometrie metodou Rentgenové fotoelektronové spektroskopie (XPS). Výsledná morfologie vrstev bude změřena pomocí rastrovacího mikroskopu atomárních sil (AFM). Kombinace těchto metod vede ke kompletnímu popisu struktury a morfologie studovaných vzorků. Všechny zmíněné metody jsou dostupné na pracovišti.
Zásady pro vypracování:
1) Seznámení se s měřícím zařízením a příslušnými metodami.
2) Vývoj metod přípravy podložek a depozice oxidu cínu s požadovanými vlastnostmi.
3) Popis struktury oxidu cínu metodou RHEED.
4) Měření chemického stavu vzorků metodou XPS.
5) Měření morfologie vrstev AFM.
6) Studium vlivu deposičních parametrů.
7) 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
L. Eckertová, L. Frank, Metody analýzy povrchů – Elektronová mikroskopie a difrakce, Academia, Praha, 1996.
L. Eckertová a kol., Metody analýzy povrchů - Elektronová spektroskopie, Academia, Praha 1990.
Ayahiko Ichimiya and Philips I. Cohen, Reflection High-Energy Electron Diffraction, Cambridge University Press, 2004.
D. Briggs, M.P. Seah: Practical Surface Analysis, vol. 2 - Auger and X-ray Photoelectron spectroscopy, Wiley, 1990.
Články v odborných časopisech podle dohody s vedoucím práce.
Vedoucí: Doc. RNDr. Ivan Ošťádal, CSc. - A325, A327, A332, tel. 2336, 2342, 2346
Anotace:
Skenovací tunelová mikroskopie (STM) umožňuje studovat morfologii a elektronovou strukturu vodivých povrchů pevných látek s atomárním rozlišením pomocí silně lokalizovaného proudu tunelujících elektronů. Mikroskopie atomárních sil (AFM) umožňuje studium i nevodivých povrchů díky měření silové interakce mezi rastrující sondou (hrotem) a povrchem. Měření síly dynamickým způsobem ze změn frekvence kmitajícího senzoru umožnilo zcela vyloučit optickou část mikroskopu a otevřelo cestu k integraci metod STM a AFM do jediného zařízení využívající kombinovanou sondu. Sonda je tvořena vodivým hrotem upevněným na rameno kmitajícího křemenného rezonátoru, který je umístěn na piezoelektrickém skeneru. Toto uspořádání umožňuje nejenom nezávislá měření oběma metodami, ale navíc kombinované měření, při kterém lze zpětnovazební smyčku pro STM řídit vybraným chybovým signálem z vybraného datového kanálu současného měření v režimu AFM.
Cílem práce je ověření možností měření pomocí senzoru vyvinutého v laboratoři STM a testování řídicí části dynamického systému AFM.
Úkoly
1. Seznámení s fyzikálními principy metod STM a AFM.
2. Zvládnutí přípravy hrotů a sondy typu q-plus.
3. Zjištění parametrů kmitající sondy (rezonanční frekvence, jakost rezonátoru).
4. Měření STM/AFM na površích vhodných pro kalibraci.
Literatura
1. S. Morita, R. Wiesendanger, E. Meyerl (eds), Noncontact atomic force microscopy, Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York, 2002.
2. E. Meyer, H.J. Hug, R. Bennewitz, Scanning Probe Microscopy, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2004.
3. odborné články doporučené vedoucím práce.
Vedoucí: Doc. RNDr. Ivan Ošťádal, CSc. - A325, A327, A332, tel. 2336, 2342, 2346
Anotace:
Skenovací tunelová mikroskopie (STM) dokáže zobrazovat povrch vodivé pevné látky s atomárním rozlišením. Standardní zobrazení povrchu v modu konstantního proudu je dáno atomárním uspořádáním a současně i rozložením hustot elektronových stavů na povrchu – obsazených i neobsazených. Lokální elektronovou strukturu povrchu – s atomárním rozlišením – je možno získat z měření závislosti proudu tunelujících elektronů na napětí tunelového přechodu při konstantní vzdálenosti hrotu a povrchu. Lokální hustota elektronových stavů (LDOS) je důležitou informací pro určení charakteru interakcí mezi atomy na povrchu. Pro úspěšné provádění skenovací tunelové spektroskopie (STS) je důležitou podmínkou kovový charakter hrotu a stabilita tunelového přechodu (mechanická i elektrická).
Cílem práce je ověření možností spektroskopických měření na systému STM, který umožňuje nastavování různé teploty vzorku. V daném režimu se měřicí hlava již nenachází ve stavu blízkém termodynamické rovnováze a existující teplotní gradienty mohou být zdrojem driftů ve vzájemné poloze hrot-vzorek, které je nutno během měření kompenzovat.
Úkoly:
1. Zvládnutí fyzikálních základů metod STM a STS.
2. Získání dovedností a referenčních spekter pro čisté povrchy Si(111) a Si(100) s defekty při pokojové teplotě.
3. Zjištění charakteristických dob pro ustálení podmínek již vhodných pro měření tunelových spekter.
4. Pokus o naměření vlivu teploty křemíkových vzorků na průběh spekter.
Literatura:
1. Chen C.J., Introduction to Scanning Tunneling Microscopy, Oxford Univ. Press, Oxford 1993, 2008.
2. 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 organických molekul (ferrocen, pentacen, porfyrin, thiofen ...) na různých površích, 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 ~ 350°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 podíl na zakomponování napájecích a detekčních obvodů a jejich ovládání v prostředí Labview.
Cíle práce:
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 pomocí zobrazení deponovaných molekul v STM.
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, 2nd edition, New York, 2002.
3. Aktuální dostupná časopisecká literatura.
Vedoucí: Doc. RNDr. Pavel Sobotík, CSc. - A326, A327, A332, tel. 2250, 2342, 2346
Anotace:
Organické molekuly jsou používány pro vytváření organických polovodivých vrstev v OLED diodách, FET tranzistorech i solárních článcích. Pro integraci organických polovodičů do současné polovodičové technologie je stále intenzivněji studována problematika uspořádaného růstu organických molekul (ftalocyanin, ferrocen, pentacen, porfyrin, thiofen ...) na upravených/ pasivovaných polovodičových površích. Velmi zajimavé jsou pokusy o samovolný růst molekulárních drátů a organických sítí použitelných pro kvantové počítaní či pro realizaci neuronových sítí. Pro tyto účely je důležité mít možnost zkoumat lokálně 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) na kovem pasivovaný povrch křemíku (In/Sn-Si(111)) a následná charakterizace vzniklých molekulárních 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) Charakterizace deponovaných struktur pomocí STM.
4) Vyhodnocení experimentů.
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: RNDr. Pavel Kocán, Ph.D. - A330, A327, A332, tel. 2349, 2342, 2346
Konzultant: Doc. RNDr. Pavel Sobotík, CSc. - A326, A327, A332, tel. 2250, 2342, 2346
Anotace:
Využití funkčních samouspořádaných atomárních nanostruktur představuje slibnou alternativu k současným elektronickým technologiím. Příroda již řadu funkčních bloků vytvořila v podobě organických molekul, viz např. molekula chlorofylu zajišťující fotosyntézu. Cílem práce bude vytvořit ideální povrch pro samouspořádání jednodušších organických molekul a jeho studium na atomární úrovni pomocí řádkovacího tunelového mikroskopu (STM).
Úkoly:
1) Seznámit se s technikou STM a se studovanou problematikou.
2) Připravit a pomocí STM analyzovat čistý povrch Si(110).
3) Připravit a pomocí STM analyzovat rekonstrukci tohoto povrchu s deponovanými kovy.
4) Vyhodnotit vhodnost tohoto povrchu pro růst molekulárních nanostruktur.
Literatura:
[1] Bai C.: Scanning Tunneling Microscopy and its Application, Springer Series in Surf.Sci.32, Berlin-Heidelberg, New York 1992.
[2] H. Neddermeyer: Scanning tunnelling microscopy of semiconductor surfaces, Reports Prog. Phys., vol. 59, no. 6, pp. 701, 1996.
[3] Články v odborných časopisech podle doporučení vedoucího práce.
Vedoucí: RNDr. Ladislav Peksa, CSc. - A336, tel. 2310
Konzultant: RNDr. Tomáš Gronych, CSc. - A337, tel. 2227, 2730
Anotace:
Pro čerpání primárního standardu UHV je určena speciální vypékatelná refrigerátorová kryogennní vývěva s teplotou na 2. stupni 4,8 K. Aparatura má pracovat v oboru UHV/XHV s mezním tlakem v řádu 10
Teoretický model čerpacího procesu má zahrnout základní vlastnosti vývěvy a systému, má za úkol dát alespoň hrubou představu o kapacitě - době čerpání za daných podmínek, čerpací křivce a dosažitelném tlaku. Jeho vypracování je komplikováno neúplnou znalostí adsorpčních izoterm vodíku pro tyto nízké teploty.
Úkoly práce:
1) Rešerše literatury týkající se studia adsorpce vodíku při kryogenních teplotách pod 10 K.
2) Elementární teoretická analýza čerpání vodíku kryovývěvou za tlaků pod 10-10 Pa.
3) Zahrnutí vlastností čerpaného systému a role plynové zátěže do modelu.
Práci je možné rozšířit v magisterskou o experimentální studium adsorpce vodíku a role argonové (popř.dusíkové) jinovatky.
Literatura:
Welch K M. Capture pumping technology. Elsevier 2001.
Arakawa I., Adsorption characteristics of H2 on the porous layers of condensed Xe, Kr, and CO2, J Vac Sci Technol (1986) A 4: 1459-1462.
E. Walle´n Adsorption isotherms of He and H2 at liquid He temperatures J Vac Sci Technol (1997) A 15: 265-274.
Další časopisecká literatura po dohodě s vedoucím práce.