Katedra fyziky povrchů a plazmatu vypisuje pro školní rok
2021/2022 následující témata diplomových prací.zobrazit předchozí rok (2020/2021), další rok (2022/2023)
POZOR! Neprohlížíte aktuálně vyhlášená témata.
Katedra fyziky povrchů a plazmatu vypisuje pro školní rok
2021/2022 následující témata diplomových prací.
Zájemce prosíme, aby se zapisovali v sekretariátu KFPP ve 2. patře KO Troja.
Vedoucí: Mgr. Jan Horáček, Ph.D. DSc. (ÚFP AV ČR)
Konzultant: 
Doc. RNDr. Radek Plašil, Ph.D. - A025, A024, tel. 2224, 2237
Anotace:
K rozlišení nestabilit typu ELM (Edge Localised Mode) v tokamaku je třeba měřit dostatečně rychle teplotu okrajového plazmatu. V některých případech nelze měřit teplotu přímo (např. JET), ale lze použít tzv. metodu CAV, to je středování volt-ampérových charakteristik Langmuirovy sondy pro mnoho ELMů. Výsledky prezentované v [2,4] však ukazují překvapivě nízkou teplotu elektronů a naopak indikují vysokou teplotu iontů, což by nasvědčovalo nežádoucímu rozprašování wolframu [3] tepelného štítu divertoru tokamaku. Rychlá měření elektronové teploty [7] na tokamaku COMPASS z roku 2020 ukázala dobrý soulad experimentálních dat jak s free streaming modelem [5], tak zjištění, že teplota iontů zvýšená není. Cílem diplomové práce je potvrdit či vyvrátit naznačené poznatky, a to použitím metody CAV pro analýzu dat z měření Ball-Pen sondou a zpracováním dat z volt-ampérových charakteristik Langmuirovy sondy. Metoda bude aplikována na dostupná či nová data z tokamaků COMPASS a JET.
Cíle práce:
1) seznámit se s aktuálními problémy fúze [1],
2) adaptace existujícícho kódu v Matlabu určeného pro analýzu CAV,
3) metodou CAV analyzovat data z tokamaku COMPASS a JET,
4) srovnat pozorování z obou tokamaků a diskutovat výsledky.
Studijní literatura:
[1] F. F. Chen, Introduction to Plasma Physics and Controlled Fusion. Third Edition. Springer, Cham, 2016
[2] C. Guillemaut, A. Jardin, J. Horacek et al. Plasma Phys. Control. Fusion 57 (2015) 085006
[3] C. Guillemaut, A. Jardin, J. Horacek et al. Phys. Scr. T167 (2016) 014005
[4] C. Guillemaut et al 2018 Nucl. Fusion 58 066006
[5] W. Fundamenski, R. A. Pitts. Plasma Phys. Control. Fusion 48 (2006) 109–156
[6] D. Tskhakaya 2017 Plasma Phys. Control. Fusion 59 114001
[7] J. Adamek et al. Nucl. Fusion 60 (2020) 096014
[8] dle zájmu populární literatura z http://www.ipp.cas.cz/ufp-v-mediich/Publications/
Vedoucí: Mgr. Michal Hejduk, Ph.D.
Anotace:
Ionty lasery zchlazené na tisíciny stupně nad absolutní nulou se dnes využívají v kvantových počítačích, kvantových detektorech a kvantových simulátorech. Simulátory slouží ke konstrukci modelů imitujících reálné systémy – jako jsou okraje černých děr, raný vesmír nebo vysokoteplotní supravodiče – které se vyznačují kvantově mechanickým kolektivním chováním, jež by klasické počítače simulovaly léta.
Ionty se musí uchovávat izolované od vnějších rušivých vlivů v tzv. iontových pastech. Na Katedře fyziky povrchů a plazmatu již léta provozujeme dvě a třetí vzniká právě za účelem zkoumání kvantových kolektivních jevů v plazmatu. Cílem je vytvořit systém, který bude obsahovat jak ionty, (což už je dnes ustálená praxe) tak i elektrony (to je nové). Něco podobného existuje uvnitř bílých trpaslíků a na površích neutronových hvězd. My máme tedy za cíl vytvořit “bílého trpaslíka na Zemi”, a to poprvé v historii!
Ionty v takovémto silně vázaném plazmatu reagují na vnější podněty kolektivně, protože jejich kinetická energie nedostačuje k tomu, aby rozbíjela dalekodosahové vazby. Tudíž je možné pozorovat nelineární odezvu celého částicového systému na interakce s elektrony nebo fotony.
V rámci Vaší diplomové práce se můžete podílet na počítačových simulacích ultra-chladného plazmatu za účelem predikce pozorovaných jevů. Nebo se můžete rozhodnout přiložit ruku ke stavbě aparatury, která sdílí mnohé s kvantovými počítači, čímž získáte praxi vhodnou pro práci na prestižních zahraničních pracovištích, jak akademických, tak soukromých (Honeywell, Infineon a další).
Projekt je financován z programu PRIMUS, jenž má za cíl podporovat mladé vědce přicházející ze zahraničí při rozvíjení excelentního výzkumu na půdě Univerzity Karlovy. Více informací rovněž zde: https://mhejduk.com.
Vedoucí: Doc. Mgr. Josef Mysliveček, Ph.D. - A133, tel. 2333
Konzultant: Doc. RNDr. Pavel Kocán, Ph.D. - A330, A327, A332, tel. 2349, 2342, 2346
Anotace:
Heterogenní katalyzátory energeticky významných chemických reakcí mají často formu kovových nanočástic na povrchu oxidu. Rozhodující pro reaktivitu v konkrétní reakci je velikost nanočástic, která se v praxi kontroluje převážně pomocí teplotních a chemických cyklů [1]. Ukazuje se, že klíčový vliv na velikost nanočástic má přítomnost morfologických defektů na povrchu oxidu.
Cílem vypisované diplomové práce je charakterizace kinetického Monte Carlo modelu nukleace kovových nanočástic na substrátech, které obsahují bodové nebo lineární poruchy.
Bodové nebo lineární poruchy substrátu ovlivňují povrchovou difuzi deponovaného kovu a následnou nukleaci nanočástic. Kinetické Monte Carlo modely nukleace jsou standardním a silným nástrojem aplikovaným dosud převážně na idealizované substráty bez defektů. Navrhované zobecnění této techniky má potenciálně velkou důležitost pro porozumění nukleace a stability kovových nanočástic v reálných aplikacích.
Práce bude probíhat ve skupině fyziky povrchů KFPP. Práce je součástí mezinárodního výzkumného projektu zaměřeného na modelové elektrokatakyzátory kov-oxid [4].
Vedoucí: Doc. RNDr. Karel Mašek, Dr. - A130, A126, A346, tel. 2753, 2242 (fax), 2313, 2252
Anotace:
Oxid wolframu má zajímavé fyzikálně chemické vlastnosti z hlediska celé řady průmyslových aplikací. Základní fyzikálně chemické vlastnosti tenkých vrstev se obvykle studují na modelových systémech tvořených epitaxními vrstvami. Cílem této diplomové práce je nalézt optimální podmínky (podložka a její povrchová orientace, teplota během přípravy, rychlost depozice …) pro přípravu tenkých epitaxních vrstev oxidu wolframu a charakterizovat jejich fyzikálně chemických vlastností. Práce je pokračováním úspěšného studia těchto vrstev na povrchu Cu(110), které vedlo k přípravě nízkodimenzionálních samoorganizovaných nanostruktur. Vrstvy budou dále dopovány aktivními kovy jako platina a zlato, které významně ovlivňují vlastnosti těchto vrstev. Vrstvy budou připravovány napařováním v ultravakuových podmínkách. Jejich krystalografická struktura a chemický stav budou studovány metodou reflexní difrakce rychlých elektronů (RHEED) a různými elektronovými spektroskopiemi (AES – spektroskopie Augerových elektronů, XPS – fotoelektronová spektroskopie). Povrchová morfologie vrstev zkoumána pomocí mikroskopu atomárních sil (AFM) popřípadě řádkovací elektronovou mikroskopií..
|
|
Morfologie vrstvy měřená pomocí AFM | RHEED difrakční obrazec |
Cíle práce:
1) seznámení se s laboratorním systémem RHEED a XPS-AES
2) příprava tenkých epitaxních vrstev WOx na různých površích kovových monokrystalů, depozice aktivních kovů
3) nalezení optimálních podmínek přípravy
4) měření krystalografické a elektronické struktury vrstev metodami RHEED, XPS, AES a interakce kov-oxid
5) měření povrchové morfologie vrstev
6) vyhodnocení a interpretace naměřených dat
Navrhovaná diplomová práce úzce souvisí s projekty řešenými ve skupině povrchů KFPP a lze na ni navázat v následném doktorandském studiu. V průběhu studia se předpokládá i účast na měření na Synchrotronu Elettra v Terstu.
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) Ayahiko Ichimiya and Philips I. Cohen, Reflection High Energy Diffraction, Cambridge University Press, Cambridge 2004
4) W. Braun, Applied RHEED, Springer – Verlag Berlin Heidelberg 1999
5) D. Briggs and M.P.Seah, Practical Surface Analysis, second edition, John Wiley & Sons, 1990
6) Články v odborných časopisech podle dohody s vedoucím práce
Vedoucí: RNDr. Viktor Johánek, Ph.D. - A133, tel. 2333
Konzultant: Doc. RNDr. Václav Nehasil, Dr. - A134, A141, tel. 2776, 2751
Anotace:
Ve skupině fyziky povrchů se v současné době řeší řada aktuálních témat spojených s heterogenní katalýzou průmyslově i environmentálně důležitých reakcí. Do popředí zájmu se dostávají procesy spojené s vytvářením a ukládáním zdrojů čisté energie, mezi nimiž zaujímá hlavní místo vodík. Návrh a výzkum k tomu potřebných katalyzátorů je klíčovým krokem směrem k budoucímu masovému využití. K tomu je však také potřeba vyvinout materiály, které nahradí v současné době hojně používané drahé kovy, resp. pomocí optimalizace minimalizují jejich potřebu. Jedna z možných cest k tomuto cíli směřuje přes binární systémy využívající nesených slitinových nanočástic nebo směsných oxidů kovů.
Porozumění jejich fungování je možné díky studiu tzv. modelových systémů, u nichž lze díky jejich dobré definovanosti často možné odvodit vztah mezi jejich složením, strukturou na mikroskopické úrovni a katalytickými vlasnostmi.
Cílem diplomové práce bude příprava takovýchto nanostrukturovaných katalyzátorů a charakterizace jejich reakčních vlastností. Experimenty budou probíhat v podmínkách vysokého vakua především na zařízení vybaveném metodami rentgenové fotoelektronové spektroskopie (XPS), teplotně-programovanoé desorpce (TPD) a difrakci pomalých elektronů (LEED). V případě potřeby bude uchazeči umožněn přístup i k dalším analytickým metodám, např. rastrovací elektronové mikroskopii (SEM), mikroskopii atomárních sil (AFM) nebo infračervené reflexně-absorpční spektroskopii (RAIRS).
Vedoucí: Ing. Nataliya Tsud, Dr.
Konzultant: Prof. Mgr. Iva Matolínová, Dr. - A125, tel. 2241, 2252, 2734, 2732
Anotace:
V rámci této diplomové práce navrhujeme studovat vazbu nitroxylových organických radikálů s uspořádanými povrchy oxidu ceričitého, materiálu s velice slibnými vlastnostmi pro bioaplikace a organickou elektroniku. Modelový systém bude připraven ve vakuu depozicí molekul nitroxylu z Knudsenovy cely na povrch epitaxních vrstev oxidu ceru. Uspořádané vrstvy stechiometrického CeO2 a substechiometrické CeO2-x připravené depozicí ceru v kyslíkové atmosféře na povrch substrátu Cu(111) budou analyzovány difrakční technikou LEED a fotoemisní spektroskopií XPS. Interakce molekul s povrchem oxidů bude studována pomocí fotoelektronových spektroskopií XPS, SRPES, RPES a NEXAFS na české optické dráze pro materiálový výzkum (MSB) v Terstu, Itálie.
Cílem práce bude studovat způsob interakce nitroxylových organických radikálů s uspořádanými povrchy oxidu ceričitého o různé stechiometrii.
Vedoucí: Mykhailo Vorokhta, Ph.D.
Anotace:
Navrhovaná diplomová práce bude zaměřena na studium mechanizmů jednoduchých chemických reakcí na modelových katalyzátorech na bázi oxidu ceru, které mají potenciál pro využití v C1 chemii (chemii molekul s jedním atomem uhlíku ve svém složení). Důraz bude kladen na studium chemických reakcí, jako jsou konverze vodního plynu (WGS reakce) a oxidace CO, reakcí důležitých pro průmysl a ekologické prostředí, a to na úrovni základního výzkumu. Tenkovrstvé modelové katalyzátory na bázi oxidu ceru se budou připravovat napařováním tenkých vrstev oxidu ceru s následovnou depozicí malého množství aktivního kovu. Takto připravené modelové katalyzátory se budou studovat metodami vysokotlaké rentgenové fotoelektronové spektroskopie (NAP-XPS). Tato moderní povrchová analytická technika umožňuje získání kompletní informace o meziproduktech chemické reakce vyskytujících se na povrchu katalyzátoru a chemickém stavu povrchu katalyzátoru přímo za podmínek blízkých reálným pracovním podmínkám. Získané informace pomohou pochopit mechanizmy a cesty, kterými probíhají zmíněné chemické reakce na povrchu různě připravených modelových katalyzátorů. Pochopení mechanizmů chemických reakcí by v důsledku mohlo vést ke zjištění způsobu přípravy a složení katalyzátoru s maximálním účinkem pro požadované katalytické procesy a získat požadované výstupní produkty reakce.
Vedoucí: RNDr. Peter Kúš, Ph.D.
Konzultant: RNDr. Kateřina Veltruská, CSc. - A131, A132, tel. 2243, 2734, 2732
Anotace:
V souvislosti s narůstajícími počty zdrojů obnovitelné energie vzniká potřeba uskladnění přebytečné elektrické energie. Jednou z možností je přeměna elektrické energie v energii chemickou. K tomuto účelu je možné použít elektrolýzu vody v zařízení s protonově vodivou membránou (PEM-WE) za vzniku vodíku, který lze uskladnit a v budoucnu přeměnit zpět v energii elektrickou pomocí technologie palivových článků.
Ve skupině nanomateriálů již několik let probíhá výzkum naprašovaných katalyzátorů s obsahem Ir, Pt a Ru, vhodných pro PEM-WE, se snahou minimalizovat množství těchto vzácných kovů. Katalyzátory mají složitou strukturu a morfologii a je obtížné objasnit děje probíhající na jejich povrchu. K tomu slouží tzv. modelové katalyzátory – zjednodušené a velmi dobře definované systémy.
V rámci této práce budou katalytické systémy na bázi Ir a Pt či Ru deponovány v ultra vysokém vakuu a bude studována jejich vzájemná interakce, vliv teploty a přítomnosti plynů. Sledována bude zejména elektronová struktura vzniklých systémů.
Experimenty budou probíhat na aparatuře vybavené metodami fotoelektronové spektroskopie (XPS,UPS, XPD, ARUPS) a difrakcí pomalých elektronů (LEED).
Vedoucí: RNDr. Peter Matvija, Ph.D.
Anotace:
Oxid ceru je dobře známý a široce používaný materiál díky své schopnosti snadno ukládat a následně uvolňovat kyslík [1]. Tato vlastnost ho předurčuje k využití v různých katalytických aplikacích (oxidace CO, water-gas-shift, reformace uhlovodíků …), kde slouží jako aktivní substrát pro katalyticky aktivní kovy jako jsou platina, rhodium a nikl [2, 3]. Nedávné studie ukázaly, že katalytickou aktivitu oxidu ceru v některých reakcích (oxidace CH4, redukce NOx …) lze zvýšit přidáním oxidu železa [4, 5].
Náplní této bakalářské práce je připravit tenké epitaxní vrstvy oxidu ceru na monokrystalu Cu(111) nebo Ru(0001). Na tyto vrstvy bude postupně napařeno různé množství železa a ceru a připravené povrchy budou charakterizovány dostupnými in-situ metodami.
Příprava vrstev bude kontrolována pomocí metod LEED (nízkoenergetická elektronová difrakce) a XPS (rentgenová fotoelektronová spektroskopie). Výsledné povrchy budou zobrazeny pomocí metod STM (skenovací tunelová mikroskopie) nebo AFM (mikroskopie atomárních sil). Cílem práce bude charakterizace vrstev CeOx + FeOx připravených za různých podmínek, tj. například různý poměr deponovaného železa a ceru, různá teplota substrátu během depozice apod.