Katedra fyziky povrchů a plazmatu vypisuje pro školní rok
2007/2008 následující témata diplomových 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 diplomových prací.
Zájemce prosíme, aby se zapisovali v sekretariátu KFPP ve 2. patře KO Troja.
Vedoucí: 
Mgr. Pavel Kudrna, Dr. - A030, tel. 2225
Konzultant: Prof. RNDr. Milan Tichý, DrSc. - A031, tel. 2305, 2332 (fax)
Anotace:
Diplomová práce bude zaměřena na diagnostiku výbojového plazmatu pomocí emisní sondy. Fyzikálním systémem, který se bude studovat, bude nízkoteplotní plazma v technologicky zajímavých systémech válcového magnetronu (stejnosměrný výboj) a plazmové trysky (vysokofrekvenční výboj). Budou provedeny experimenty s aplikací emisní sondy i modelování procesů v okolí emisní sondy metodou particle-in-cell. Téma diplomové práce proto předpokládá zájem uchazeče (uchazečky) o aplikace počítačů k modelování fyzikálních procesů. Vzhledem k tomu, že oba fyzikální systémy jsou k dispozici v laboratoři katedry EVF, je možné podle zájmu diplomanta položit důraz buď na stránku počítačového modelování, nebo na stránku experimentální.
Vědecké téma, jehož součástí je i projektovaný diplomový úkol, se vypracovává ve spolupráci s Universitou v Innsbrucku. Proto je v případě zájmu diplomanta (diplomantky) možný výjezd na pracoviště Univerzity v Innsbrucku, například k provedení výpočtů nebo experimentálních prací. Dané téma je podporováno rovněž granty Grantové agentury ČR a MŠMT.
Vedoucí: Mgr. Radek Plašil, Ph.D. - A025, A024, tel. 2224, 2237
Konzultant: Prof. RNDr. Juraj Glosík, DrSc. - A020, A024, tel. 2329, 2237
Anotace:
Infračervená laserová absorpční spektroskopie je vysoce účinná metoda využívaná v diagnostice plazmatu. Zachycení fotonů v optickém rezonátoru a jejích absorpci při mnohonásobném přechodu plazmatem využívá nová metoda - Cavity Ring-Down Absorption Spectroscopy - CRDS. Pomocí CRDS byla zvýšena citlivost infračervené absorpční spektroskopie o několik řádů. Toto zvýšení citlivosti umožňuje měření koncentrací v řádu 109 cm-3 i u takových částic jako jsou ionty H3+, DH2+, HD2+ a D3+. CRDS využívá dvojici vysoce odrazivých dielektrických zrcadel pro vytvoření optického rezonátoru s vysokou kvalitou. V tomto rezonátoru je zachyceno laserové záření. Pokud je rezonátor vyplněn plazmatem dochází k absorpci fotonů a poklesu kvality rezonátoru. Změna kvality optického rezonátoru je mírou koncentrace absorbujících částic.
V naší laboratoři postavený IČ spektrometr, pracující na principu CRDS, je používán pro diagnostiku plazmatu a pro studium elementárních procesů probíhajících v nízkoteplotním plazmatu, včetně rekombinace a reakcí iontů s molekulami.
V rámci diplomové práce se student seznámí s metodou CRDS a konkrétním uspořádáním absorpčního spektrometru včetně jeho vakuové a optické části. Vlastní experimenty budou zaměřeny na studium rozpadu plazmatu ve směsi vodíku a deuteria. Cílem diplomové práce bude určování absorpčních spekter molekulárních iontů (v rozsahu použitých diodových laserů) a následné použití těchto spekter pro studium reakcí a rekombinace iontů H3+, DH2+, HD2+ a D3+. Bude též studováno spektrum molekul HCN a HNC a pokud to bude možné (v závislosti na absorpci těchto molekul), bude studována produkce těchto molekul při rekombinaci iontů HCNH+ s elektrony.
Podle přání diplomanta je možno v rámci řešení uvedené problematiky klást větší důraz na rozvoj IČ absorpční spektroskopie metodou CRDS nebo na diagnostiku plazmatu a studium rekombinace iontů touto metodou.
 |  |
| Obr. 1. Výbojka s vlnovodem pro generování plazmatu a optickým resonátorem pro CRDS spektroskopii. | Obr. 2. Blokové schéma laserového absorpčního spektrometru v uspořádaní CRDS. |
 |  |
| Obr. 3. Naměřené absorpční spektrum iontů H3+ (7241.260 cm-1), malá příměs H2O ve výboji byla využitá ke kalibrací (7241.12415 cm-1) spektrometru. | Obr. 4. Blokové schéma aparatury pro přímá absorpční měření a pro kalibraci DFB laserů. |
Zásady pro vypracování
1) Seznámení se s experimentální metodou cw-CRDS s časovým rozlišením.
2) Úprava lambda-metru pro zvýšení jeho přesnosti a stability.
3) Zvládnutí identifikace spekter molekulárních iontů.
4) Měření rychlosti reakcí v dohasínajícím plazmatu a určování teploty zkoumaných molekul a molekulárních iontů.
5) Vyhodnocení naměřených dat.
Seznam odborné literatury
[1] McHale J.L., Molecular Spectroscopy, Prentice Hall, New Jersey, 1998, ISBN 0132290634.
[2] Simons J., Nichols J., Quantum mechanics in chemistry, Oxford Univ. Press, New York, 1997, ISBN 0-19-508200-1.
[3] Bittencourt J.A., Fundamentals of Plasma Physics, Springer, New York, 2004, ISBN 0-387-20975-1.
[4] Další časopisecká literatura podle dohody s vedoucím práce.
Vedoucí: Prof. RNDr. Juraj Glosík, DrSc. - A020, A024, tel. 2329, 2237
Konzultant: Mgr. Radek Plašil, Ph.D. - A025, A024, tel. 2224, 2237
Anotace:
Důležitými procesy probíhajícími v laboratorně i technologicky důležitých plazmatech obsahujících vodík a deuterium jsou reakce iontů s molekulami a rekombinace s elektrony. Vytváření iontů H3+, a jeho další reakce při kryogenních teplotách jsou klíčovými procesy při formování molekulárních iontů v mezihvězdných mračnech plynů, ale i jiných astrofyzikálně důležitých, vodík obsahujících plazmatech. Těmto reakcím je proto věnována značná pozornost experimentátorů i teoretiků.
V naší laboratoři používáme pro studium reakcí iontů s molekulami metodu založenou na sledování změn koncentrace a složení plazmatu při jeho dohasínání v proudícím heliu - metoda Flowing Afterglow (FALP). Základem experimentálního systému je vysokovakuová aparatura vybavená hmotovým spektrometrem, infračerveným laserem pro určovaní koncentrace iontů i radikálů a pohyblivou elektrostatickou Langmuirovou sondou pro určování koncentrace elektronů. Plazma je generováno mikrovlnným výbojem. Teplota plazmatu mimo oblast mikrovlnného výboje může byt měněna v rozsahu 70-300 K.
Cílem diplomové práce bude měření rychlostních konstant reakcí probíhajících v plazmatů (především ve vodíkovém a deuteriovém) při různých podmínkách. Součástí práce bude návrh a konstrukce detektoru iontů a vypracování metodiky pro měření koncentrace pomocí infračervené laserové absorpční spektroskopie.
Práce může být podle přání studenta zaměřena na vlastní experiment, na modelování kinetiky plazmatických procesů, nebo na návrh a přípravu nových experimentů
 |  |
| Obr. 1. Aparatura FALP pro zkoumání kinetiky procesů probíhajících v nízkoteplotním plazmatu. | Obr. 2. Sondové charakteristiky naměřené podél sloupce proudícího plazmatu. Z těchto charakteristik je určována koncentrace a teplota elektronů a jejích vývoj podél výboje. |
 |  |
| Obr. 3. Stavěná aparatura FALP - pro zkoumáni produktů rekombinace molekulárních iontů pomoci IČ absorpční spektroskopie. | Obr. 4. Příklad vypočteného časového vývoje koncentraci iontů v plazmatu v He/N2/CH4. Model optimalizuje formování iontů HCNH+ v podmínkách simulujících atmosféru Titanu. |
Zásady pro vypracování
1) Studium literatury a seznámení se s experimentální metodou FALP používanou pro studium reakcí v plazmatu.
2) Návrh úpravy měřícího systému pro studium teplotních a tlakových závislosti rychlostních konstant reakcí iontů a molekul.
3) Studium reakcí iontů ve vodíkovém plazmatu. Měření závislosti rychlosti reakcí na teplotě a rotační excitaci molekul H2 - reakce para a orto formy vodíku.
4) Studium reakcí vedoucích k tvorbě iontů H3+ v základním stavu (para H3+).
5) Zpracování a vyhodnocení získaných dat.
Seznam odborné literatury
[1] Bittencourt J.A., Fundamentals of Plasma Physics, Springer, New York, 2004, ISBN 0-387-20975-1.
[2] Hutchinson I.H., Principles of Plasma Diagnostics, Cambridge University Press, 2002, ISBN 0-521-80389-6.
[3] McDaniel E.W., Ion-molecule reactions, Wiley, New York, 1970, ISBN 0-471-58386-3.
[4] State-Selected and State-to-State ion-Molecule Reaction Dynamics, Part 1 and 2, Volume LXXXII in Advances in Chemical Phzsics, Wiley, New York, 1992,, ISBN 0-471-53258-4 and 0-471-53263-0
[5] Další časopisecká literatura podle dohody s vedoucím práce.
Vedoucí: Prof. RNDr. Milan Tichý, DrSc. - A031, tel. 2305, 2332 (fax)
Anotace:
Systémy používané v plazmatických technologiích využívají většinou stejnosměrného nebo vysokofrekvenčního výboje. Předmětem diplomové práce je studium vysokofrekvenčně buzeného plazmatického systému s proudem plazmatu. Základní díly aparatury (vakuová komora, zdroje vysokofrekvenčního napětí, systém pro regulaci průtoku pracovního plynu) jsou k dispozici. Při studiu systému se diplomant zaměří zejména na možnost realizace systému s radiofrekvenčním (13,56 MHz) buzením. Diagnostika vytvořeného proudu plazmatu se předpokládá zejména sondová a hmotově spektrometrická. Alternativou je využití CCD kamery s následným počítačovým vyhodnocením obrazu, případně i diagnostika pomocí optického spektrometru. Předpokládá se, že experimentální plazmatický systém bude pak využit k nanášení vrstev technologicky zajímavých materiálů (feroelektrika, transparentní vodivé vrstvy apod.).
Vědecké téma, jehož součástí je i projektovaný diplomový úkol, se vypracovává ve spolupráci s Fyzikálním ústavem AV ČR. Dílčí úkoly jsou řešeny ve spolupráci s Universitou Ernsta-Moritze-Arndta v Greifswaldu, SRN, kde je k dispozici aparatura s bariérovým výbojem (DBD, dielectric barrier discharge). Proto je v případě zájmu diplomanta (diplomantky) možný výjezd na pracoviště Univerzity v Greifswaldu, například k provedení experimentálních prací, optické spektroskopické diagnostiky proudu plazmatu apod. Dané téma je podporováno grantem Grantové agentury ČR a grantem MŠMT.
Vedoucí: Prof. RNDr. Rudolf Hrach, DrSc. - A236, A241, tel. 2328, 2344
Anotace:
Jedním z častých úkolů v některých oblastech fyziky je studium systémů tvořených zcela nebo částečně izolovanými objekty a analýza jejich prostorového uspořádání, které může vypovídat o vnitřních procesech ve zkoumaných systémech. Tyto problémy patří v rámci počítačové fyziky do oblasti analýzy obrazu. Podle typu studovaných systémů jsou pro jejich řešení nejčastěji používány algoritmy založené buď na matematické morfologii a nebo teorii perkolace. Existuje však perspektivní oblast integrálních transformací – od Fourierovy transformace až po transformaci waveletovou, které mohou být základem nové třídy efektivních algoritmů s lepšími vypovídajícími schopnostmi.
Hlavním cílem diplomové práce je nalézt a otestovat nové algoritmy založené na vybraných integrálních transformacích a srovnat jejich možnosti s klasickými morfologickými postupy. Předpokládá se samostatná práce na počítači v programovacím jazyku Fortran 95 nebo C (znalosti lze získat nebo prohloubit v průběhu studia). Téma je určeno pro posluchače všech fyzikálních oborů, především však teoretické fyziky a matematického modelování. V případě úspěšného průběhu může téma pokračovat v doktorském studiu.
Zásady pro vypracování:
- Seznámení s problematikou
- Kritické zhodnocení postupů zpracování obrazu založených na klasických metodách (matematické morfologii, teorii perkolace, apod.).
- Vytvoření počítačového modelu Fraunhofferovy difrakce a otestování jeho vypovídají schopnosti pro různé fyzikální systémy.
- Analýza vybraných fyzikálních systémů za pomoci rychle Fourierovy transformace a rychlé Hartleyovy transformace.
- Otestování možností částečně lokalizovaných transformací – STFT, Gaborovy, …
- Aplikace vytvořených algoritmů na vzorová experimentální data – TEM mikrofotografie velmi tenkých kovových vrstev, případně i další reálné fyzikální systémy.
- Diskuse získaných výsledků a srovnání možností klasických metod zpracování obrazu a metod založených na integrálních transformacích.
Seznam odborné literatury:
L. Debnath, D. Bhatta: Integral Transforms and Their Applications, Taylor and Francis, New
York 2007.
M. Kostern: Doktorská dizertační práce, MFF UK 2007.
Další literatura po dohodě s vedoucím diplomové 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:
Systém kov/oxid tvoří základní stavební součást řady průmyslových aplikací v oblasti elektrotechnického průmyslu, heterogenní katalýzy, detekce plynů apod. Z tohoto důvodu je neustále předmětem širokého výzkumu. V rámci této diplomové práce budou fyzikálně-chemické vlastnosti systémů kov-oxid (např. Pd (Rh)/Al2O3, Pd(Rh)/WOx, Pd(Au)/TiOx) studovány metodou reflexní difrakce rychlých elektronů (RHEED) a různými elektronovými spektroskopiemi. Experimentální zařízení je vybaveno vypařovacími elementy pro přípravu tenkých epitaxních vrstev kovů i oxidů. Komerčním analyzátor RHEA-100 od firmy Staib Instruments umožňuje měření charakteristických ztrát elektronů (EELS) přímo z difraktovaných elektronových svazků (RHEED). Vícekanálový hemisférický analyzátor VSW HA-100 nabízí možnost zkoumání těchto systémů dalšími metodami elektronových spektroskopií (AES – spektroskopie Augerových elektronů, EELS, XPS – fotoelektronová spektroskopie). Současně bude studován i vliv redukce oxidu a případná bimetalická interakce na vlastnosti celého systému.
 |  |
| Experimentální zařízení | RHEED difrakční obrazec |
Vedoucí: RNDr. Josef Mysliveček, Ph.D. - A133, tel. 2333
Konzultant: Prof. RNDr. Vladimír Matolín, DrSc. - A124, A132, A346, tel. 2323, 27432, 2734, 2252
Anotace:
Oxid ceru CeO2 má neobyčejnou schopnost pohlcovat, přenášet a uvolňovat kyslík, což z něj dělá jeden z nejvíce používaných materiálů v průmyslové katalýze (třícestné katalyzátory spalovacích motorů) a také materiál použitelný v perspektivních technologiích – jako elektrolyt pevnolátkových palivových článků a jako katalyzátor při výrobě vodíku. Toto chování CeO2 je dáno jeho snadnou a vratnou redukovatelností na Ce2O3.
Adsorpce, desorpce a katalytické reakce jsou lokální povrchové procesy silně ovlivněné přítomností povrchových atomárních defektů a vznikem a zánikem těchto defektů samy provázené. Experimentální studium povrchových atomárních defektů umožňuje rastrovací tunelová mikroskopie (STM), která dokáže zobrazit jejich morfologii a rastrovací tunelová spektroskopie (STS), která dokáže určit jejich lokální elektronovou strukturu. Na základě měření STM a STS lze posuzovat chemickou reaktivitu povrchových defektů. Tato měření jsou proto jedním ze základních vstupů pro poznání katalytických mechanismů na CeO2.
Metodou STM byly již charakterizovány tzv. vlastní (intrinsické) povrchové defekty
CeO2 – povrchové kyslíkové vakance. Důležitou roli v praktických aplikacích hrají i defekty indukované, způsobené přítomností atomů kovů na povrchu CeO2. Problematika experimentálního studia indukovaných povrchových defektů na CeO2 je dosud otevřená, stejně jako obecná problematika STS na povrchu CeO2. Těmto tématům bychom rádi věnovali vypisovanou diplomové práci.
Cíle práce:
• Důkladné seznámení se s experimentálními metodami STM a STS
• Příprava modelových povrchů CeO2 – jde o povrchy tenkých vrstev CeO2 na kovových substrátech, které budou mít dostatečnou elektrickou vodivost a vhodnou povrchovou strukturu umožňující systematická STM a STS měření
• Charakterizace vlastních i indukovaných defektů modelových povrchů CeO2 metodami STM a STS – měření morfologie, prostorové korelace a elektronové struktury defektů.
• Vyhodnocení, prezentace a publikace získaných dat
Diplomová práce bude prováděna ve skupině fyziky povrchů na nově instalovaném rastrovacím tunelovém mikroskopu. Téma práce úzce navazuje na problematiku reaktivity modelových povrchů CeO2 studovanou ve skupině integrálními metodami povrchové fyziky – elektronovou difrakcí a fotoelektronovou spektroskopií.
Tematika této práce je také součástí programu akademické výměny mezi Karlovou Univerzitou a Univerzitou H. Heina v Düsseldorfu (SRN). Součástí diplomové práce může být pobyt ve skupině Prof. K. Schierbauma v tamním Ústavu fyziky pevných látek, kde je k dispozici aparatura kombinující lokální (STM) a integrální (XPS – fotoelektronová spektroskopie, LEED – difrakce pomalých elektronů) metody studia povrchů.
 |
 |
| STM vyobrazení defektů na povrchu CeO2. 6 ╳ 3,5 nm2. Esch a kol., Science 309, 752, 2005. | STM vyobrazení tenké vrstvy Ce2O3 na Pt(111). 7 ╳ 7 nm2. Berner a Schierbaum, Phys. Rev. B 65, 235404, 2002. |
Vedoucí: RNDr. Ladislav Peksa, CSc. - A336, tel. 2310
Anotace:
Pro nízké tlaky nelze stanovit tlakovou stupnici vakuometrů jinak než kalibrací v kalibrační aparatuře, ve které se termodynamickým procesem vygeneruje známý tlak plynu. Tlakové pozadí aparatury při tom představuje chybu a mělo by být vzhledem k definovanému kalibračnímu tlaku zanedbatelné. S rozvojem technologií roste potřeba snižovat dolní hranici rozsahu měření tlaků. V ČR je vyvíjen primární (tj. na jiném etalonu stejného rozsahu nezávislý) standard vakua s rozsahem do tlaku řádu 10-10 Pa.
Aby bylo možné nastavovat tlak v řádu 10-10 Pa, musí být tlakové pozadí v řádu 10-12 Pa. Jedním z kritických problémů vývoje je sestavení čerpací jednotky umožňující těchto hodnot dosáhnout. Čerpací jednotka musí sestávat z několika vývěv, jejichž parametry musí být správně zvoleny, některé z nich bude zřejmě nutné oproti komerčním verzím zákaznicky upravovat. Předmětem vývoje je i určení optimálního pracovního cyklu, startu, dlouhodobého běhu a odstavení systému. Pro metrologickou aplikaci navíc přistupují požadavky stability parametrů, zejména čerpací rychlosti pro kalibrační plyn.
Předmětem diplomové práce je teoretické a praktické studium funkce vybrané konfigurace vývěv s cílem optimalizace uspořádání a pracovního cyklu. Podle plánů spolupráce s Českým metrologickým institutem bude jednotka sestavována během r. 2008, v rámci diplomové práce by tedy měly být teoretické závěry i experimentálně ověřovány.
Při práci se diplomant musí důkladně seznámit s principy a vlastnostmi vývěv při dosahování extrémně nízkých tlaků a s chováním obecných a inertních plynů v podmínkách HV, UHV a XHV.
Vedoucí: RNDr. Tomáš Gronych, CSc. - A337, tel. 2227, 2730
Anotace:
Přenos impulsu molekulami plynu za sníženého tlaku patří k základním procesům v plynech. Závislosti přenosu impulsu na tlaku je využito v tzv. viskózních vakuometrech.
Cílem diplomové práce bude změřit a porovnat přenos impulsu pomocí dvou typů viskózních vakuometrů: a) vakuometru s rotující kuličkou - SRG (kulička levitující v magnetické poli je roztočena, poté je sledován pokles jejích otáček vlivem interakce s okolním plynem); b) strunového vakuometru (kovový pásek napnutý v magnetickém poli je rozkmitán, poté je snímán pokles amplitudy kmitů). Zatímco u SRG se jedná o přenos tangenciální složky impulsu, u strunového vakuometru dochází k přenosu normálové složky, jedná se tedy o dva komplementární děje. Porovnání akomodačních koeficientů charakterizujících přenos impulsu umožňuje získat komplexnější popis tohoto jevu.
Experiment bude prováděn v kalibrační aparatuře vybavené oběma měrkami viskózních vakuometrů, referenčními absolutními vakuometry, systémem napouštění čistých kalibračních plynů a systémem počítačového řízení experimentu. Teoretická část diplomové práce bude spočívat v dopracování teorie strunového vakuometru a srovnání s teorií SRG. Očekává se získání publikovatelných výsledků.
Vedoucí: Prof. RNDr. Vladimír Matolín, DrSc. - A124, A132, A346, tel. 2323, 27432, 2734, 2252
Konzultant: Mgr. Jiří Libra, KFPP MFF UK
Anotace:
Rentgenová fotoelektronová difrakce XPD je metoda, která poskytuje především informace o lokální struktuře atomů na povrchu pevné látky. Vychází ze standardní metody chemické analýzy povrchu XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy), kterou rozšiřuje o měření spekter v závislosti na směru detekce fotoelektronů. Vzhledem k chemické citlivosti metody je možno zkoumat atomární strukturu povrchu s rozlišením na jednotlivé prvky. Difraktogram metody XPD se zobrazí jako závislost intenzity určité spektrální hladiny vybraného prvku na směru detekce.
Přímou analýzou difrakčních obrazců lze určit např. směry vazeb nebo základní symetrii atomů na povrchu. Pro získání podrobnějších informací, jako jsou např. délky vazeb či adsorpční pozice, je třeba naměřená data porovnat s teoretickým výpočtem. Pro modelování difraktogramů je k dispozici software EDAC (Electron Diffraction in Atomic Clusters). Software počítá difrakční obrazec z modelového klastru atomů (obr. 1). Vstupem pro výpočet jsou pozice atomů, požadovaný rozsah úhlů detekce a kinetických energií fotoelektronů a řada fyzikálních parametrů. Výstupem je pak závislost intenzity na směru detekce, která lze zobrazit jako difraktogram (obr. 2). Ten je pak možno srovnávat s experimentálními daty (obr. 3).
Cíle diplomové práce:
Seznámení se s teoretickým pozadím výpočtové metody a používaných parametrů
Studium vlivu jednotlivých parametrů modelu na výsledek výpočtu a nalezení algoritmu pro nastavení těchto parametrů. Ověření srovnáním s naměřenými daty z jednoduchého a známého povrchu, např. Ni(111).
Nalezení modelu pro neznámý složitější systém, který bude metodou XPD změřen, např. Sn/CeO2/Cu(111)
Studijní materiál:
http://csic.sw.ehu.es/jga/software/edac (popis software a demo verze)
C. Westphal, Surface Science Reports 50 (2003) 1-106
Stefan Hüfner, Photoelectron Spectroscopy, Principles and Applications, Springer (2003)
