Prezenční studium

4 roky

prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc.

Předseda :
prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc.
Člen interní :
prof. Ing. Ivan Křupka, Ph.D.
doc. Mgr. Vlastimil Křápek, Ph.D.
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D.
prof. RNDr. Petr Dub, CSc.
prof. RNDr. Pavel Šandera, CSc.
Člen externí :
prof. Mgr. Dominik Munzar, Dr.
prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D.
RNDr. Antonín Fejfar, CSc.

Cílem doktorského studia v navrhovaném programu je příprava vysoce vzdělaných odborníků v oblasti fyzikálního inženýrství a nanotechnologií s dostatečnou zahraniční zkušeností, kteří budou schopni vykonávat samostatnou tvůrčí, vědeckou a výzkumnou činnost v akademické či aplikační sféře u nás i v zahraničí. Studium je založeno na vlastní tvůrčí a výzkumné práci doktorandů na úrovni standardně požadované na zahraničních pracovištích v oblastech výzkumu realizovaného na školicím pracovišti a podporovaného národními a mezinárodními projekty. Jedná se tyto oblasti aplikované fyziky: fyzika povrchů a nanostruktur, světelná a částicová optika a mikroskopie, konstrukce fyzikálních přístrojů a zařízení, mikromechanika materiálů.

Absolvent má znalosti, dovednosti a kompetence pro vlastní tvůrčí činnost v některé z oblastí, v nichž se realizují výzkumné aktivity školicího pracoviště. Jde o aplikace fyziky zejména v oblasti fyziky povrchů a nanostruktur, dvoudimenzionálních materiálů, nanoelektroniky, nanofotoniky, mikromagnetismu a spintroniky, biofotoniky, pokročilé světelné mikroskopie a spektroskopie, elektronové mikroskopie, laserové nanometrologie a spektroskopie, počítačem řízené rentgenové mikro a nanotomografie, mikro a nanomechaniky, vývoje technologických a analytických zařízení a metod pro mikro/nanotechnologie. K vysoké úrovni vzdělávání přispívá možnost využití personálního a materiálního zázemí poskytovaného výzkumnou infrastrukturou CEITEC a rovněž rozsáhlá spolupráce s významnými zahraničními pracovišti. To garantuje, že absolvent je schopen prezentovat ústně i písemně výsledky své práce a diskutovat o nich v angličtině. Vzhledem k vysokým odborným kompetencím a flexibilitě absolventi nalézají uplatnění jak v oblasti výzkumu na univerzitách a v jiných výzkumných institucích u nás i v zahraničí, tak v high-tech firmách v pozicích výzkumníků, vývojářů, konstruktérů či vedoucích týmů.

Vzhledem k vysokým odborným kompetencím a flexibilitě absolventi nalézají uplatnění jak v oblasti základního a aplikovaného výzkumu na univerzitách a v jiných výzkumných institucích u nás i v zahraničí, tak v hight-tech firmách v pozicích výzkumníků, vývojářů, konstruktérů či vedoucích týmů.

Viz platné předpisy, Směrnice děkana Pravidla pro organizaci studia na fakultě (doplněk Studijního a zkušebního řádu VUT v Brně).

Pravidla a podmínky pro tvorbu studijních programů určují:
ŘÁD STUDIJNÍCH PROGRAMŮ VUT,
STANDARDY STUDIJNÍCH PROGRAMŮ VUT,
STUDIJNÍ A ZKUŠEBNÍ ŘÁD VUT,
SMĚRNICE DĚKANA Pravidla pro organizaci studia na fakultě (doplněk Studijního a zkušebního řádu VUT v Brně),
SMĚRNICE DĚKANA FSI Jednací řád oborových rad doktorských studijních programů FSI VUT v Brně.
Studium v DSP se neuskutečňuje v kreditovém systému. Klasifikační stupně jsou „prospěl“, „neprospěl“, u obhajoby disertační práce je výsledek „obhájil“, „neobhájil“.

Na VUT jsou zohledněny potřeby rovného přístupu k vysokoškolskému vzdělávání. V přijímacím řízení ani ve studiu nedochází k přímé či nepřímé diskriminaci z žádných důvodů. Studujícím se specifickými vzdělávacími potřebami (poruchy učení, fyzický a smyslový handicap, chronická somatická onemocnění, poruchy autistického spektra, narušené komunikační schopnosti, psychická onemocnění) je poskytováno poradenství v poradenském centru VUT, které je součástí Institutu celoživotního vzdělávání VUT. Podrobně tuto problematiku řeší Směrnice rektora č. 11/2017 „Uchazeči a studenti se specifickými potřebami na VUT“. Rovněž je vytvořen funkční systém sociálních stipendií, který popisuje Směrnice rektora č. 71/2017 „Ubytovací a sociální stipendium“.

Předkládaný doktorský studijní program představuje nejvyšší stupeň vzdělávání v oblasti fyzikálního inženýrství a nanotechnologií. Navazuje na akademiky zaměřený bakalářský a navazující magisterský studijní program „Fyzikální inženýrství a nanotechnologie“, které jsou uskutečňované na FSI VUT.

1. kolo (podání přihlášek od 01.04.2026 do 31.05.2026)

1. Atomárně tenké optické metapovrchy založené na vysoce kvalitních 2D materiálech

   Rozptylové vlastnosti kovových a polovodičových/dielektrických nanostruktur s vysokým indexem lomu tvoří základ současných optických metapovrchů. Tyto vlastnosti jsou založeny na plasmonických nebo Mieho rezonancích (daných zejména geometrickými rozměry elementů metapovrchů), jež umožňují silnou interakci a přímé řízení fáze a amplitudy rozptýleného záření. Optická odezva takových nanostruktur má zpravidla jednoduchou lineární podobu a je obtížně měnitelná externími stimuly. V důsledku toho je možné použít pro predikci a optimalizaci jejich funkce standardní programy řešící Maxwellovy rovnice. Naproti tomu, 2D materiály tvořené atomárně tenkými vrstvami svázanými van der Waalsovými (vdW) silami vykazují velkou paletu kvantových, kolektivních, topologických, nelineárních a ultrarychlých odezev. Tyto materiály tak otevírají nové možnosti v oblasti metapovrchů. PhD téma se zaměřuje na výzkum a aplikaci fyzikálních principů dotýkajících se styčné oblasti metapovrchů a vdW materiálů. Jako výchozí bod se zaměří na otázku modifikace vlastností 2D vdW materiálů (např. TMDCs) pomocí jejich strukturování s rozměry pod vlnovými délkami pro vytvoření atomárně tenkých metapovrchů. Následně bude zkoumat možnosti dynamického formování svazků pomocí optických prvků založených na 2D metapovrších a umožňujících nové funkční vlastnosti, které nelze dosáhnout objemovými optickými prvky nebo „klasickými“ plazmonickými nebo dielektrickými metapovrchy.

   Školitel: Mach Jindřich, doc. Ing., Ph.D.

2. Biosenzory na bázi grafenu a příbuzných 2D materiálů

   Klasické biochemické testy in vitro jsou v současnosti nahrazovány bioelektronickými senzory, které vynikají svou rychlostí, znovupoužitelností a minimálními rozměry. Jedním z nejslibnějších materiálů v této oblasti je grafen, který se vyznačuje vysokou citlivosti na přítomnost adsorbovaných molekul a zároveň je biokompatibilní. Předmětem doktorské práce bude vývoj a výroba biosenzorů na bázi grafenu a příbuzných dvourozměrných materiálů. V práci bude nutné zvládnout obecné fyzikální principy senzorů, problematiků polem řízených tranzistorů s elektrolytickým hradlem a funkcionalizaci pro docílení selektivní reakce senzoru. Vhodným adeptem je absolvent magisterského studia z oblasti fyzikálního inženýrství, elektrotechniky nebo biochemie. Cíle: 1) Zvládnutí fyzikálních principů biosenzorů po teoretické a experimentální stránce. 2) Návrh a výroba senzoru na bázi polem řízeného tranzistoru s elektrolytickým hradlem. 3) Funkcionalizace senzoru pro specifickou biologickou a chemickou reakci. 4) Testování odezvy senzoru na vybranné biologické materiály. 5) Adekvátní publikační výstup a prezentace výsledků na mezinárodní konferenci.

   Školitel: Bartošík Miroslav, doc. Ing., Ph.D.

3. Charakterizace povrchů pevných látek a tenkých vrstev s nanometrovým hloubkovým rozlišením pomocí LEIS rozptylu

   Metoda rozptylu nízkoenergiových iontů (Low Energy Ion Scattering - LEIS) se využívá při studiu prvkového složení povrchů pevných látek. Unikátní povrchová citlivost metody slouží pro analýzu nejsvrchnější atomové vrstvy zkoumaného materiálu. Jde o nízkoenergiovou variantu slavných experimentů Rutherforda s rozptylem alfa částic na zlatých fóliích. Citlivost metody souvisí především s procesy výměny náboje mezi projektilem a atomy na povrchu vzorku. Pouze malá část projektilů opouští povrch vzorku v ionizovaném stavu. Tato iontová frakce je pro danou kombinaci projektilu a atomu charakteristická a reflektuje dobu interakce. Míra neutralizace se vyjadřuje pomocí tzv. charakteristické rychlosti. Numerická hodnota charakteristické rychlosti je ovlivněna také chemickým uspořádáním povrchu vzorku. Tento projekt bude zkoumat výměny náboje mezi projektily He+ a Ne+ a různými povrchy a tenkými vrstvami. Primární kinetická energie projektilů bude volena v rozmezí 0.5 keV až 7.0 keV. Získané výsledky výrazným způsobem rozšíří aplikační možnosti kvantifikace pomocí metody LEIS. Experimenty budou prováděny na dedikovaném LEIS spektrometru s vysokým rozlišením Qtac100 (ION TOF GmbH) na Ceitec BUT a na partnerských institucích jako je TU Wien, Twente University. Velice efektivním nástrojem pro studium výměny náboje je LEIS spectrometer s energiovým analyzátorem založeným na měření doby letu (Time of Flight - ToF), který umožňuje v jednom experiment porovnávat mezi sebou intenzity ionizované a neutralizované části detekovaného signálu. Proto je v rámci studia navržena stáž ve vědecké skupině profesora Daniela Primetzhofer na Uppsala University ve Švédsku.

   Školitel: Průša Stanislav, doc. Ing., Ph.D.

4. Integrované fotonické struktury s vázanými stavy v kontinuu

   Vázané stavy v kontinuu (BIC - bound states in the continuum) představují teoreticky zajímavý způsob lokalizace pole, který odporuje konvenční představě předpokládající energie vázaných stavů pouze vně kontinua volných stavů. BIC nabízejí řadu zajímavých aplikací; např. ve fotonice BIC umožňují výrazně snížit nežádoucí radiační ztráty nových citlivých nanostruktur [1,2]. Studium se zaměří na teoretickou analýzu a fyzikální pochopení BIC v periodických nanofotonických systémech, jako jsou fotonické krystaly nebo metapovrchy. Předpokládá se výzkum struktur, které jsou v současnosti využívány jako pokročilé biosenzory [3]. Student systematicky prozkoumá existenci a vlastnosti BIC ve vybrané třídě takových systémů. Bude provedeno kritické posouzení přínosů BIC ve srovnání s tradičnějšími technikami z hlediska potenciálních aplikací. Výzkum bude založen na silném využití numerické analýzy.

   [1] K. Koshelev, A. Bogdanov, and Y. Kivshar, “Engineering with Bound States in the Continuum,” Opt. Photonics News, vol. 31, no. 1, p. 38, 2020

   [2] S. I. Azzam and A. V. Kildishev, “Photonic Bound States in the Continuum: From Basics to Applications,” Adv. Opt. Mater., vol. 9, no. 1, pp. 16–24, 2021

   [3] M. L. Tseng, Y. Jahani, A. Leitis, and H. Altug, “Dielectric Metasurfaces Enabling Advanced Optical Biosensors,” ACS Photonics, vol. 8, no. 1, pp. 47–60, 2021.

   Školitel: Petráček Jiří, prof. RNDr., Dr.

5. Kvantifikace pokrytí povrchů pevných látek -OH skupinami pomocí kombinace ALD a HS-LEIS

   Rozptyl nízkoenergiových iontů (Low Energy Ion Scattering - LEIS) je analytická metoda s extrémní povrchovou citlivostí, která se používá k analýze povrchů pevných látek. Jediným prvkem, který nelze přímo pomocí rozptylu iontů inertních plynů detekovat je vodík. Hydroxylové skupiny (-OH) často terminují povrch pevných látek, především skleněných materiálů. Výroba displejů a obrazovek (flat panel displays - FPDs) pro mobilní zařízení a elektroniku představuje velice důležitou a perspektivní technologii. Terminace -OH skupinami výrazným způsobem ovlivňují navazující technologické kroky při výrobě FPDs i samotný výkon vyrobených FPDs, především rozlišení. Charakterizace pokrytí povrchů -OH skupinami klasickými metodami je limitována, nebo zcela vyloučena díky požadavku na vysokou povrchovou citlivost analýzy. Ve spolupráci s Brigham Young University (USA) a Corning corporation (USA) byla vyvinuta nová technika značení -OH skupin a jejich následné kvantifikace (a tag-and-count approach). Její první úspěšné výsledky byly publikovány v časopise Applied Surface Science (více informací naleznete v článku). Skupiny -OH jsou selektivně označeny atomy Zn během ALD deposice (Atomic Layer Deposition) a následně je jejich povrchová koncentrace určena pomocí HS-LEIS analýzy. Předkládané téma PhD studia nabízí zapojení studenta ve všech fázích tag-and-count procesu (příprava povrchů v BYU a analýza pomocí Qtac100 LEIS spektrometru v laboratořích Ceitec VUT a rozvíjí započatou spolupráci našich institucí.

   Školitel: Průša Stanislav, doc. Ing., Ph.D.

6. Kvantově-mechanické výpočty založené na teorii funkcionálu hustoty (DFT) s podporou strojového učení pro 2D materiály

   Grafen je díky své vysoké pohyblivosti nosičů náboje, mimořádné mechanické pevnosti a dvourozměrné struktuře jedním z nejvýznamnějších nanomateriálů současnosti. Jeho nulový pás zakázaných energií však omezuje praktické využití v elektronických aplikacích. Jednou z cest, jak tuto vlastnost cíleně modifikovat, je hydrogenace nebo oxidace grafenu, které umožňují otevírání pásu zakázaných energií, ovlivnění magnetických vlastností a řízení povrchové reaktivity. Hydrogenovaný grafen se tak stává perspektivním materiálem pro tranzistory, senzory i paměťové prvky.

   Studium těchto jevů vyžaduje spolehlivý a přesný výpočetní přístup. Metody teorie funkcionálu hustoty (DFT) umožňují detailní popis elektronové struktury i stability jednotlivých chemických konfigurací. Moderní implementace v programu VASP 6.0 navíc zahrnuje strojově učená silová pole (ML-FF), která výrazně urychlují molekulárně-dynamické simulace při zachování vysoké přesnosti oproti klasickým empirickým potenciálům. Tento přístup umožňuje efektivně modelovat dynamiku hydrogenace grafenu a současně analyzovat elektronové vlastnosti nejstabilnějších struktur.

   Školitel: Bartošík Miroslav, doc. Ing., Ph.D.

7. Lokalizovaná plazmonicky zesílená absorpce v režimu silné vazby

   PhD projekt se zaměří na efekt silné vazby mezi lokalizovanými povrchovými plazmony v anténách a fonony v rezonančně absorbujících nekovových prostředích, následně pak na využití těchto znalostí pro nalezení a aplikaci obecných principů prostorově lokalizované plazmově zesílené absorbce. Tento problém bude řešen pro široké elektromagnetické spektrum sahající od blízké IR do střední IR a ověřen v nových typech nechlazených mikrobolometrů s anténami vykazujícími zvýšenou citlivost a prostorové rozlišení. V důsledku obecného průběhu indexu lomu poblž absorbčních píků/pásů materiálů, výstupy a závěry tohoto projektu najdou uplatnění i v jiných spektrálních oblastech, nezávisle na fyzikálním mechanismu rezonanční absorbce. To umožní provádět výzkum zajímavých jevů, které jsou kromě lokálního ohřevu materiálů rovněž využitelné v oblasti detekce infračerveného zaření a světla, konverze energie, (bio)senzorů, kvantových technologií, aj.

   Školitel: Šikola Tomáš, prof. RNDr., CSc.

8. Modelování a simulace funkčních vlastností nanostruktur pro oblast plazmoniky

   Téma dizertační práce je zaměřeno na teoretický popis optické odezvy kovových nanostruktur a metapovrchů pro aplikace v plazmonice a nanofotonice. Použité výpočetní postupy budou reprezentovány analytickými metodami (např. optické vlastnosti vrstevnatých systémů při osvitu monochromatickou rovinnou vlnou, rozklad optické odezvy nanočástice do normálních či kvazinormálních módů, využití matematického aparátu difrakční optiky) i numerickými metodami užitím dostupných programů (např. metoda konečných diferencí v časové doméně, metoda konečných prvků ve frekvenční doméně, rigorózní analýza spřažených vln) nebo pomocí vlastních výpočetních algoritmů. Výsledky budou sloužit pro kvalitativní i kvantitativní intepretaci experimentálních dat.

   Školitel: Kalousek Radek, doc. Ing., Ph.D.

9. Nanofotonika pro kvantové technologie

   Cílem doktroské práce je využít unikátní funkční vlastnosti nanofotonických zařízení ve specifickcých oblastech kvantových technologií. Nejprve budou blízká optická pole generovaná kovovými nebo dielektrickými nano/mikroanténami pro zesílení účinnosti zdrojů jednotlivých fotonů spojených s defekty-barevnými centry v 2D materiálech nebo objemových monokrystalů (např. SiC, diamant). Dále budou navrženy, vyrobeny a testovány celodielektrické nanofotonické metapovrchy zajišťující sběr a transfer těchto fotonů. Výstupy tohoto studia přispějí k pokroku v aktuálním úsilí spojeném s v kvantově optickými eperimenty probíhajícími v mikro/nano měřítku.

   Školitel: Šikola Tomáš, prof. RNDr., CSc.

10. Návrh a výroba laditelných metapovrchů pro netradiční optické prvky

    Disertační práce se zaměří na návrh a výrobu laditelných dielektrických metapovrchů pro nekonvenční optické prvky ve viditelné a infračervené oblasti vlnových délek. Budou zkoumány specifické metody návrhu metapovrchů pomocí optimalizačních algoritmů s multiparametrickými metrikami, jako je například Gerchberg-Saxtonův algoritmus. Budou rovněž zkoumány různé výrobní postupy a možnosti optického přepínání vyrobených metapovrchů a aktivního řízení jejich funkce. Hlavním cílem této práce je vyrobit plně charakterizované ověřené prototypy laditelných metapovrchů, které by mohly nalézt uplatnění při tvarování výkonných optických svazků nebo při přenosu a zpracování optických signálů v komunikačních technologiích.

    Školitel: Šikola Tomáš, prof. RNDr., CSc.

11. Pokročilé kryogenní technologie pro elektronovou mikroskopii a jejich aplikace ve výzkumu biodegradovatelných materiálů a mikroorganismů

    Tématem práce je využití pokročilých kryogenních technologií vyvinutých na ÚPT pro konverzi standardních elektronových mikroskopů na plnohodnotné kryo-EM systémy a jejich aplikace ve výzkumu ekologických biodegradovatelných materiálů a biotechnologicky významných mikroorganismů. Práce se zaměřuje na experimentální využití realizovaných kryogenních adaptací mikroskopů SEM Magellan, FIB-SEM Helios a přípravného systému ACE 600, včetně kryogenního držáku vzorků s neomezenou rotací pro kryo-elektronovou tomografii.

    Práce zahrnuje vývoj a optimalizaci metodik kryogenní přípravy vzorků, zahrnujících vitrifikaci biodegradovatelných polymerů, bioplastů, mikroorganismů a dalších vzorků měkké hmoty s využitím technik vysokotlakého mrazení (HPF), mražení nárazem (plunge freezing) a mrazového lámání (freeze-fracturing). Mrazové lámání je využito jako klíčová metoda pro odhalování vnitřních struktur materiálů, které při teplotách blízkých 4 K přecházejí do křehkého stavu, což umožňuje tvorbu čistých lomových ploch bez plastické deformace.

    Součástí tématu je studium fyziky vitrifikace, simulace procesů vysokotlakého mrazení a analýza vlivu velmi nízkých teplot na potlačení radiačního poškození vzorků a na stabilitu zobrazení.

    Výstupem práce bude experimentálně ověřená kryogenní instrumentace a metodika přípravy biologických a biodegradovatelných vzorků pro kryo-EM, doplněná o nové poznatky o jejich struktuře získané pokročilými metodami kryogenní elektronové mikroskopie. Tyto výsledky budou využitelné zejména v biomedicíně, kryobiologii a výzkumu biomateriálů a měkké hmoty.

    Školitel: Krzyžánek Vladislav, Ing., Ph.D.

12. Přenos knihoven dat mezi LIBS systémy pro aplikaci v geologii

    Spektroskopie laserem buzeného plazmatu (LIBS) je široce využívána v geologických aplikacích pro rychlou analýzu materiálů využitím kompaktních a robustních systémů. Jednou z hlavních překážek její širší praktické aplikace je však omezená přenositelnost spektrálních knihoven a kalibračních modelů mezi různými LIBS systémy. Rozdíly v laserových parametrech, optickém uspořádání, spektrálním rozlišení, detekčních systémech a experimentálních podmínkách vedou k systematickým odchylkám v naměřených datech, které znemožňují přímé sdílení knihoven napříč přístroji.

    Cílem této práce je vyvinout systematický přístup k přenosu LIBS datových knihoven mezi různými analytickými platformami bez nutnosti přímé rekalibrace konkrétního přístroje. Práce bude založena na využití metod strojového učení, zejména technik učení reprezentací, jako jsou autoenkodéry a příbuzné architektury, případně přístupy inspirované doménovou adaptací. Tyto metody umožňují transformaci spektrálních dat do latentního prostoru, který zachovává chemicky relevantní informaci, zatímco potlačuje systematické přístrojové rozdíly.

    Výzkum se zaměří na návrh, trénování a validaci modelů schopných mapovat spektra z různých LIBS systémů do společného, přístrojově nezávislého prostoru. Zvláštní důraz bude kladen na zachování fyzikální interpretovatelnosti výsledků, robustnost vůči variabilitě experimentálních podmínek a dlouhodobou stabilitu modelů. Metodika bude testována na geologických datech zahrnujících různé typy hornin a minerálů, přičemž výkon přenosu bude hodnocen z hlediska klasifikace, kvantitativní analýzy i generalizace na dříve neviděné systémy.

    Výsledkem práce bude obecný rámec pro přenos LIBS spektrálních knihoven nezávislý na analytickém přístroji, který umožní efektivní sdílení dat, snížení nároků na rekalibraci a zvýšení reprodukovatelnosti LIBS analýz v geovědních aplikacích. Tento přístup má potenciál významně přispět k širšímu nasazení LIBS v laboratorních i terénních podmínkách.

    Školitel: Pořízka Pavel, doc. Ing., Ph.D.

13. Příprava pokročilých nízkodimenzionálních materiálů pro nanoelektroniku a nanofotoniku

    V posledních desetiletích bylo objeveno mnoho materiálů, které svými elektronickými vlastnostmi výrazně předčí ty současně používané, což bylo i prakticky demonstrováno (přepínání pod 60 mV/dekádu v tranzistorech z 2D materiálů, jednoelektronové tranzistory, topologické polokovy pro vodivé spoje atd.). V naprosté většině případů však byly pro realizaci součástek použity postupy nepoužitelné v průmyslovém měřítku. Výzkum a vývoj pokročilých postupů přípravy materiálů pro elektroniku a nanofotoniku, které umožní následnou výrobu součástek, je tak velkou výzvou.

    Naše skupina disponuje značným know-how v oblasti přípravy nízkodimenzionálních materiálů, včetně následné analýzy. Náplní této disertační práce bude studovat růstové módy pokročilých nízkodimenzionálních materiálů, s důrazem na 2D materiály (dichalkogenidy přechodných kovů, fosfidy atd.) a možnosti přípravy pomocí interkalace do van der Waalsova prostoru, a jejich vlastnosti pomocí pokročilé mikroskopie a spektroskopie, včetně in situ přístupů. Předpokládá se zapojení do vývoje instrumentace a experimentální práce na několika vybraných systémech. Cílem je pochopit růstové módy těchto materiálů, a na tomto základě nalézat vhodné přístupy k jejich přípravě.

    Školitel: Kolíbal Miroslav, prof. Ing., Ph.D.

14. Studium katalytických reakcí v reálném čase

    Doktorská práce se bude zabývat výzkumem v oblasti plynných katalytických reakcí pomocí analytických metod schopných monitorovat průběh reakce v reálném čase. Reakce budou studovány různými analytickými metodami, jako jsou UHV-SEM, E-SEM, MS, SIMS s cílem lépe porozumět mechanismu katalýzy na různých typech povrchů (krystaly, nanočástice) a v širokém rozsahu reakčních tlaků. V první fázi bude studována oxidace oxidu uhelnatého a následně další oxidační či redukční reakce důležité v technické praxi. Součástí práce bude i vývoj nových metod a zařízení umožňující pozorování v reálném čase a při různých experimentálních podmínkách.

    Školitel: Bábor Petr, doc. Ing., Ph.D.

15. Turbulentní tepelná konvekce ve štíhlých kryogenních celách: cesta k extrémně intenzivní konvekci

    Klíčovou otázkou turbulentní tepelné konvekce je tvar škálovacího zákona tepelného transportu při extrémně vysokých Rayleighových číslech (Ra), zejména v souvislosti s možným přechodem k „ultimate“ režimu proudění. Tento problém je zásadní i pro pochopení geofyzikálních a astrofyzikálních konvektivních systémů, v nichž působí vztlakové síly společně s rotací a periodickým tepelným buzením. Tématem práce je experimentální výzkum turbulentní Rayleighovy–Bénardovy konvekce (RBC) v kryogenních válcových celách s široce nastavitelným i extrémně malým poměrem průměru a výšky (aspect ratio), které umožňují dosažení velmi vysokých Ra. Práce zahrnuje využití dvou kryogenních aparatur: nastavitelné cely ConEV-2 s plynule měnitelnou výškou a štíhlé cely ConEV-3 s pevným aspect ratio 0.1. Tyto konfigurace umožňují studovat proudění v extrémním rozsahu Ra 1E4–1E15 při teplotách kolem 5 K. Pozornost bude věnována vlivu aspect ratio, rotace a periodické modulace teplotních okrajových podmínek na tepelný transport, velkorozměrovou cirkulaci a přechody mezi různými režimy RBC. Téma umožní přímé srovnání s DNS simulacemi ve štíhlých celách prováděnými zahraničními spolupracujícími skupinami.

    Výzkum bude probíhat s využitím technického zázemí laboratoře Kryogenika a supravodivost ÚPT AV ČR, která disponuje heliovým zkapalňovačem, kryogenní infrastrukturou a přesnou rotační platformou.

    Školitel: Urban Pavel, Ing., Ph.D.

16. Úzkopásmový laditelný filtr pro viditelnou oblast spektra

    Optická spektroskopie představuje důležitý nástroj pro charakterizaci materiálů a analýzu jejich chemického složení. Hyperspektrální zobrazování rozšiřuje tyto možnosti o prostorové rozlišení, přičemž klade vysoké nároky na přesné spektrální řízení detekovaného záření. Cílem dizertační práce je návrh a realizace úzkopásmového laditelného spektrálního filtru pro viditelnou oblast spektra, využívajícího principy interference a polarizace světla k potlačení nežádoucích a zesílení požadovaných vlnových délek. Navržený filtr bude optimalizován pro pozorování a zobrazování emisních čar prvků přítomných ve sluneční koroně.

    Školitel: Petráček Jiří, prof. RNDr., Dr.

17. Vývoj multimodálních mikroskopových technik

    Doktorská práce bude zaměřena na kombinaci několika mikroskopových technik měřených současně na stejném místě povrchu vzorku. Cílem bude jednak urychlit jednotlivě používané analytické metody a jednak rozšířit stávající portofolio současně měřitelných charakteristik zkoumaného vzorku. 

    Školitel: Nováček Zdeněk, Ing., Ph.D.

18. Vývoj multimodálních mikroskopových technik

    Doktorská práce bude zaměřena na kombinaci několika mikroskopových technik měřených současně na stejném místě povrchu vzorku. Cílem bude jednak urychlit jednotlivě používané analytické metody a jednak rozšířit stávající portofolio současně měřitelných charakteristik zkoumaného vzorku. 

    Školitel: Spousta Jiří, prof. RNDr., Ph.D.

19. Vývoj, příprava a užití pokročilých AFM sond k modifikaci a analýze povrchu v elektronovém mikroskopu.

    Práce se bude věnovat výzkumu a vývoji pokročilých AFM sond založených na dutých optických vláknech k modifikaci a analýze povrchů v komoře elektronových mikroskopů za současného sledování vzorků elektronovým svazkem.

    Školitel: Spousta Jiří, prof. RNDr., Ph.D.

20. 2D materiály pro suprakondenzátory

    Suprakondenzátory patří k nejperspektivnějším technologiím ukládání energie, neboť nabízejí výjimečné vlastnosti, jako např. ultravysokou hustotu ukládané energie a velmi dlouhou životnost. PhD studium se bude věnovat výzkumu hybridních struktur 2D materiálů založených na tzv. „MXenes“ a černém fosforu (BP) a vhodných pro vysoce výkonné elektrody superkondenzátorů. Zaměří se na (i) komplexní charakterizaci těchto 2D hybridních struktur až do atomární úrovně, což poskytne fundamentální informaci o interakci mezi složkami těchto struktur, a dále na (ii) in situ studium chemické stability a růstových mechanismů těchto materiálů. Ve studium budou použity nejmodernější charakterizační metody nacházející se ve výzkumné infrastruktuře CEITEC Nano, jako např. nízkoenergiová elektronová mikroskopie (LEEM), UHV STM/AFM, rtg. fotoelektronová spektrockopie (XPS), spektroskopie rozptylu nízkoenergiových iontů (LEIS), rastrovací Augerova mikroskopie(SAM), FT-IR spektroskopie a (rastrovací) transmisní elektronová mikroskopie s vysokým rozlišením (HR (S)TEM). Bude rozvíjena spolupráce s Technickou univerzitou v Drážďanech, která bude zabepečovat syntézu vzorků.

    Školitel: Šikola Tomáš, prof. RNDr., CSc.

21. 2D nanoelektronika na bázi hydrogenovaného a oxidovaného grafenu

    Grafen díky své mimořádně vysoké pohyblivosti nosičů náboje, možnosti řízení typu a koncentrace nosičů pomocí vnějšího elektrického pole, dlouhé době spinové koherence a nízkému elektronickému šumu představuje mimořádně perspektivní materiál pro aplikace v klasické i kvantové elektronice. Uplatnění nachází ve vysokofrekvenčních tranzistorech, fotodetektorech, chemických a biologických senzorech a potenciálně i v kvantových informačních technologiích.

    Pro praktické využití grafenu v nanoelektronických zařízeních je nezbytné jeho laterální tvarování s nanometrovým rozlišením. Konvenční optická litografie nedosahuje požadovaného prostorového rozlišení, zatímco elektronová litografie může negativně ovlivňovat vlastnosti izolačních substrátů (např. SiO₂ nebo hBN) v důsledku ozáření elektronovým svazkem.

    Cílem disertační práce je experimentálně i teoreticky prozkoumat možnost laterálního tvarování grafenu pomocí lokální anodické oxidace a lokální katodické hydrogenace (LAO/LCH) realizované pomocí mikroskopu atomárních sil (AFM). Tato metoda nabízí potenciál dosažení nanometrového rozlišení při minimálním ovlivnění substrátu a okolní struktury.

    Zvláštní pozornost bude věnována studiu izolačních vlastností hydrogenovaných bariér, jejich strukturální stabilitě a vlivu na transportní charakteristiky grafenových nanozařízení. Klíčovou výzkumnou otázkou je, zda lze pomocí této metody připravit dostatečně izolující a stabilní nanostruktury vhodné pro aplikace v 2D nanoelektronice.

    Školitel: Bartošík Miroslav, doc. Ing., Ph.D.