Fyzika

Doktorské studium v  prezenční nebo kombinované formě.

Program je možné studovat pouze jednooborově se specializací (Astrofyzika, Biofyzika, Fyzika kondenzovaných látek, Fyzika plazmatu, Obecné otázky fyziky, Teoretická fyzika nebo Vlnová a částicová optika).

Podat přihlášku

International applicants for doctoral study (Czech and Slovak Republics applicants not included)
Termín podání přihlášky do půlnoci 15. 12. 2022.

Co se naučíte

Cílem je nabídnout nadaným studentům možnost pokračovat po získání magisterského titulu ve studiu v doktorském studijním programu Fyzika a to ve specializacích, které mají velmi dobrou úroveň a tradici na Přírodovědecké fakultě MU a na spolupracujících institucích, především v ústavech AV. Student DSP Fyzika se během studia stane členem výzkumných týmů, zpravidla se podílí na účelově financovaném výzkumu a je veden tak, aby se po absolvování DSP stal samostatným tvůrčím vědeckým pracovníkem. Podmínkou absolvování je publikační aktivita v renomovaných zahraničních časopisech, aktivní účast na setkáních vědeckých pracovníků a zpravidla dlouhodobý pobyt v zahraničí. Tím je současně zaručena jeho schopnost komunikovat se svými zahraničními partnery v angličtině a případně i dalších jazycích. Cílem je tedy vychovat studenty tak, aby byli schopni samostatně pracovat na vysokých školách, na výzkumně vývojových pracovištích v ČR s možností uplatnění kdekoliv na světě.

Uplatnění absolventů

Absolvent doktorského studijního programu Fyzika se během studia stane členem některého z výzkumných týmů, zpravidla se podílí na účelově financovaném výzkumu a je veden tak, aby se po absolvování DSP stal samostatným tvůrčím vědeckým pracovníkem. Běžnou součástí studia je dlouhodobý pobyt v zahraničí, čímž je zaručena schopnost doktoranda komunikovat se svými zahraničními partnery v angličtině a případně i dalších jazycích. Absolventi jsou schopni samostatně pracovat na vysokých školách a na výzkumně-vývojových pracovištích v ČR i kdekoliv jinde na světě. Jejich znalosti, logické myšlení, vědecký pohled na svět a jazykové kompetence jim ovšem umožňují pracovat i v jiných oborech: jako kvantitativní analytik, datový vědec, konzultant apod.

Termíny

2. 5. – 15. 12. 2022

Termín pro podání přihlášek

Podat přihlášku

Možnosti studia

Jednooborové studium se specializací

V rámci jednooborového studia se specializací má student možnost prohloubit si vědomosti v konkrétním zaměření daného studijního programu, specializaci si vybírá jednu. Název specializace pak bude uveden i na vysokoškolském diplomu.

Výzkumná zaměření dizertačních prací

Specializace: Astrofyzika

Studium vícenásobných hvězdných systémů
Školitel: doc. RNDr. Miloslav Zejda, Ph.D.

Vícenásobně zákrytové hvězdné soustavy představují relativně novou třídu objektů, která se nabízí jako významný zdroj informací o hvězdných systémech. Zatím je známo poměrně málo takových soustav a to zejména v severní části hvězdné oblohy.

Cílem práce bude za pomoci dat z přehlídkových projektů, nově zejména TESS, vyhledávat další minimálně dvojzákrytové soustavy a sestavit jejich katalog. Na takto získaném vzorku hvězdných soustav bude studovat obecné vlastnosti těchto soustav, například četnost určitých poměrů oběžných period složek systému.

U alespoň jedné vybrané soustavy doplní případně sesbíraná data o vlastní fotometrická a spektroskopická pozorování a provede detailní analýzu systému s určením parametrů jednotlivých složek.

Školitel

doc. RNDr. Miloslav Zejda, Ph.D.

Zkoumání fyziky horkých galaktických atmosfér
Školitel: prof. Mgr. Norbert Werner, Ph.D.

Most galaxies comparable to or larger than the mass of the Milky Way host hot, X-ray emitting atmospheres. The crucial role of these atmospheres for the formation and evolution of individual massive galaxies is just beginning to be appreciated. About half of the yet unseen warm-hot diffuse matter in the local Universe may lie in such extended galactic atmospheres, which are inextricably linked to their host galaxies through a complex story of accretion and feedback processes, such as energy and momentum input from supernovae, and jets and winds of accreting supermassive black holes, also called active galactic nuclei.
Using novel data analysis techniques, the student will explore X-ray data complemented by other multi-wavelength observations to study hot galactic atmospheres and their interaction with the central AGN.

Školitel

prof. Mgr. Norbert Werner, Ph.D.

Specializace: Biofyzika

Antimikrobiální peptidy
Školitel: doc. RNDr. Robert Vácha, PhD.

OBJECTIVES: The aim is to elucidate the relationship between molecular properties of amphiphilic peptides and their ability to translocate and form transmembrane pores in membranes with various lipid compositions. The obtained understanding will be used for the development of new antimicrobial peptides, which can serve as a new type of antibiotic drugs.



DESCRIPTION: Antibiotic-resistant bacteria cause more than 700 000 deaths per year, and the forecast is 10 million per year in 2050. Moreover, emerging strains of bacteria resistant to all available antibiotics may lead to a global post-antibiotic era. Because of this threat, the WHO and the UN are encouraging the research and development of new treatments. Antimicrobial peptides are promising candidates for such new treatments. We will study the molecular mechanism of action of antimicrobial peptides and determine the critical peptide properties required for membrane disruption via the formation of transmembrane pores and spontaneous peptide translocation across membranes. Based on the obtained insight, we will design new peptides and test their abilities. The most effective peptides will be evaluated for antimicrobial activity and human cell toxicity using growth inhibition and hemolytic assays, respectively. Student(s) will master tools of computer simulations, in particular, molecular dynamics techniques and methods to calculate free energies. Moreover, he/she will learn the advantages and disadvantages of various protein and membrane parameterizations, including all-atom and coarse-grained models. The simulations will be complemented by in vitro experiments using fluorescent techniques.



EXAMPLES of potential projects: * Antimicrobial peptides and formation of membrane pores * Synergistic mechanisms between antimicrobial peptides * Membrane disruption by antimicrobial peptides in non-equilibrium conditions



MORE INFORMATION about the group: vacha.ceitec.cz



PLEASE NOTE: before the formal application process, all interested candidates should contact Robert Vacha (robert.vacha@mail.muni.cz).
Školitel

doc. RNDr. Robert Vácha, PhD.

Proteinová přitažlivost a selektivita pro buněčné membrány
Školitel: doc. RNDr. Robert Vácha, PhD.

OBJECTIVES: The aim is to elucidate the relationship between protein sequence and preferred composition and curvature of human membranes,i.e., find peptide motifs that are selective to specific membranes in cells (plasma membrane, endoplasmic reticulum, Golgi apparatus, mitochondria, etc.). The obtained understanding will be used for the development of new protein biomarkers, sensors, scaffolds, and drugs.



DESCRIPTION: The control of biological membrane shape and composition is vital to eukaryotic life. Despite a continuous exchange of material, organelles maintain a precise combination and organization of membrane lipids, which is crucial for their function and the recruitment of many peripheral proteins. Membrane shape thus enables the cell to organize proteins and their functions in space and time, without which serious diseases can occur. Moreover, membrane curvature and lipid content can be specific to cancer cells, bacteria, and enveloped virus coatings, which could be utilized for selective targeting. We will develop a new method, using which we will elucidate the relationship between the protein sequence and the preferred membrane. The relationship will lay the foundations for the design of new protein motifs sensitive to membranes with a specific curvature and composition. Student(s) will master tools of computer simulations, in particular, molecular dynamics techniques and methods to calculate free energies. Moreover, he/she will learn the advantages and disadvantages of various protein and membrane parameterizations, including all-atom and coarse-grained models.



EXAMPLES of potential projects: * Determination of helical motifs for specific membrane compositions * Development of implicit membrane model for fast determination of protein-membrane affinity * Helical peptides and their sensitivity for membrane curvature



MORE INFORMATION: vacha.ceitec.cz



PLEASE NOTE: before the formal application process, all interested candidates should contact Robert Vacha (robert.vacha@mail.muni.cz).
Školitel

doc. RNDr. Robert Vácha, PhD.

Strukturní dynamika, funkce a evoluce RNA a DNA. Od vzniku života až po moderní biochemické procesy.
Školitel: prof. RNDr. Jiří Šponer, DrSc.

Our scientific goal is understanding of the most basic principles of structural dynamics, function and evolution of DNA and RNA.

To achieve our goal, we use a wide portfolio of theoretical/computational approaches. Our research is closely related to experiments, mostly via extensive collaborations, though in the prebiotic chemistry we have in house experiments. We offer thesis essentially on any topic that is currently active in the laboratory. You can get the most up-to-date idea about our current research from the WOS or SCOPUS databases, where you can find all our publications (Sponer, J.), see all our collaborators, etc. The laboratory is at the Institute of Biophysics, Czech Academy Sciences, Kralovopolska 135, where we have a powerfull set of high-perfomance computer clusters dedicated exclusively to our group

Our methods are:
  • Classical Molecular Dynamics (MD) simulations. Besides standard simulations, we have years of experience in using all classes of enhanced-sampling techniques. We play also a prominent role in development of DNA/RNA simulation force fields and our versions are used world-wide
  • Quantum-chemical (QM) method. We have full spectrum of methods, ranging from ultra-accurate computations of model systems, through large-scale QM studies on biomolecular building blocks with hundreds of atoms up to sophisticated methods that are used in studies of excited states and photochemistry; the later technique is especially relevant to study the origin of life chemistry under UV light. Again, please see the papers we have published in last years.
  • Hybrid quantum-classical (QM/MM) methods, quantum molecular dynamics
  • Structural bioinformatics
Specific experiments are possible in the field of prebiotic chemistry in collaborating laboratories. Modern computations are extensively combined with many experimental techniques (NMR, X-Ray, high-energy lasers, biochemical techniques) mostly via numerous collaborations. We collaborate with 30 foreign and Czech laboratories. We publish about 20 papers annually and belong to the most cited Czech research groups. We currently work in several mutually interrelated research areas, which are open for the students as PhD topics.
  • RNA structural dynamics, folding and catalysis
  • Protein-RNA (or DNA) complexes. We try to go beyond the ensemble-averaged picture of experimental methods in order to understand how rarely accessed dynamical conformations invisible to experiments allow to separate affinity for reactivity or selectivity.
  • DNA, with focus on G-quadruplexes, specifically advanced studies of quadruplex folding mechanisms
  • Diverse types of quantum-chemical studies on nucleic acids systems
  • Origin of life (prebiotic chemistry), i.e., creation of the simplest chemical life on our planet (or anywhere else in the Universe), with a specific attention paid to the formamide pathway to template-free synthesis of the first RNA molecules. This specific project includes also in house experimental research.

Besides studies of specific systems, we are also involved extensively in method testing/development, mainly in the field of parametrization of molecular mechanical force fields for DNA

NOTE: before initiating the formal application process to doctoral studies, all interested candidates are required to contact Prof. Jiri Sponer (sponer@ncbr.muni.cz) for an informal discussion.

Laboratory web page https://www.ibp.cz/en/research/departments/structure-and-dynamics-of-nucleic-acids/info-about-the-department

List of publications https://www.ibp.cz/en/research/departments/structure-and-dynamics-of-nucleic-acids/publications
Školitel

prof. RNDr. Jiří Šponer, DrSc.

Využití plazmatem aktivovaných hydrogelů v biomedicínských aplikacích
Školitel: doc. Mgr. Lenka Zajíčková, Ph.D.

Hydrogels are water-insoluble 3D networks of polymer chains capable of holding large amounts of water. They are irreplaceable as contact lenses or wound dressings. However, their application field is wider, including tissue replacements or drug delivery system with controlled drug release. Hydrogel properties can be combined with fast developing area of plasma activated liquids. It was shown that plasma produces a coctail of reactive oxygen and nitrogen species that have positive effects, e.g., on plant growth or anticancer therapies. These effects are increased when using hydrogels as they are more stable than liquids, i.e., able to keep reactive species for longer time. The aim of this thesis is to design, prepare and optimize different types of plasma activated hydrogels based on natural products (cellulose, collagen, lignin) applicable as 3D models of skin or vessels, drug delivery systems, wound dressings or in artificial tissues.

Školitel

doc. Mgr. Lenka Zajíčková, Ph.D.

Specializace: Fyzika kondenzovaných látek

Structural and electronic investigations of topological insulator thin films
Školitel: Mgr. Ondřej Caha, Ph.D.

Topological insulators have a unique electronic band structure of surface states. These states have spin-momentum locked dispersion caused by time-reversal symmetry or mirror symmetry for topological insulators and topological crystalline insulators, respectively. The time-reversal symmetry can be broken by the magnetic field; thus, ferromagnetically doped topological insulators are of great scientific interest for the possible electronic and spintronic application. The other materials to be studied are thin films and quantum wells of topological crystalline insulators. The quantum well changes the electronic structure of the topological surface states due to changing the inversion symmetry protecting the topological surface states.

The PhD candidate is expected to join our research in one of the following research activities:

  • Structural analysis of thin films: Laboratory x-ray diffraction measurements and data analysis. Preparation of lamellae for HRTEM structural analysis.
  • Electronic characterization of the topological insulators: transport measurements at low temperatures
  • Participation in synchrotron-based experiments: ARPES, XAS, XMCD.
  • Data evaluation and computer simulations necessary to evaluate the experimental results.

Required Skills and Qualifications:

  • Master’s degree in Condensed Matter Physics.
  • Experience in en experimental laboratory, preferably in Solid State Physics.
  • Good communication skills (oral and written) in English.
  • Commitment to complete the PhD studies.

REFERENCES

  1. E. D. L. Rienks et al., Nature 576, 423-428 (2019).
  2. G. Springholz et al., submitted to Advanced Functional materials.

PLEASE NOTE: before the formal application process, all interested candidates should contact dr. Caha at caha@physics.muni.cz and provide curriculum vitae, cover letter with a concise summary of previous research activities, and contacts of two persons who might provide references

MORE INFORMATION:https://www.physics.muni.cz

Školitel

Mgr. Ondřej Caha, Ph.D.

Specializace: Fyzika plazmatu

Depoziční proces využívající pulzního oblouku synchronizovaného s přiváděným napětím na vzorky pro depozici tvrdých AlTiN a AlCrN vrstev
Školitel: prof. Mgr. Petr Vašina, Ph.D.

Cílem této práce je vyvinout a otestovat v průmyslových podmínkách depoziční proces využívající pulzního oblouku synchronizovaného s přiváděným napětím na vzorky. Bude zkoumáno, zda a do jaké míry bude dosaženo změny textury vrstvy, změny pnutí ve vrstvě,změny ve velikosti zrn, změny ve fázovém složení rostoucí vrtvy, změny mechanických vlastností a dalších efektů periodickým zvyšováním napětí na vzorcích v okamžiku, kdy budou selektivně produkovány pouze ionty jednoho prvku pulzně buzeným obloukem. Bude zkoumáno, zda tímto způsobem bude možné optimalizovat rostoucí vrstvu na hranách nástrojů.

Školitel

prof. Mgr. Petr Vašina, Ph.D.

Diagnostika prašného plazmatu
Školitel: doc. Mgr. Pavel Dvořák, Ph.D.

V reaktivním plazmatu mohou samovolně vznikat mikro a makroskopické částice, které ovlivňují plazma i vlastnosti případných materiálů deponovaných z plazmatu. V rámci této dizertační práce studujte plazma nízkotlakého kapacitně vázaného výboje, ve kterém vznikají prachové částice. Zvolte vhodné diagnostické metody a sestavte potřebná diagnostická zařízení. Zprovozněte monitorování růstu prachu v plazmatu, zjistěte a vysvětlete souvislosti mezi přítomností prachu a vlastnostmi plazmatu. Přístupné diagnostické metody zahrnují zejména elektrická měření (VA charakteristika, sondové metody), optické a laserové metody.

Školitel

doc. Mgr. Pavel Dvořák, Ph.D.

Laserová diagnostika nerovnovážného plazmatu
Školitel: doc. Mgr. Pavel Dvořák, Ph.D.

Laserová diagnostika zahrnuje řadu metod, které souhrnně umožňují získat poměrně komplexní informaci o studovaném plazmatu. Mezi laserové metody vhodné pro studium plazmatu patří fluorescenční metody (vč. fluorescence iniciované vícefotonovou absorpcí), Ramanův rozptyl zahrnující vibrační i rotační přenos energie, jenž může existovat ve spontánní i stimulavané variantě, Thomsnův rozptyl umožňující studovat volné elektrony, Rayleigho rozptyl a generace druhé harmonické frekvence laserového záření vlivem elektrického pole. Úkolem této dizertační práce je studium nerovnovážného plazmatu pomocí laserové diagnostiky s důrazem na metody využívající rozptyl laserového záření. Součástí práce je realizace optických experimentů, kvantitativní vyhodnocení měřených dat a studium procesů probíhajících v plazmatu.

Školitel

doc. Mgr. Pavel Dvořák, Ph.D.

Plazmatem produkované nanostrukturované vrstvy pro flexibilní solární články a superkapacitory
Školitel: doc. RNDr. Tomáš Homola, PhD.

The novel emerging field of flexible and printed electronics has attracted increased attention because of its potential to enable low-cost and high-throughput manufacturing of electronics on cheap plastic substrates for various applications including photovoltaics. However, this segment is still far away from commercialization because the cutting edge materials and manufacturing steps are not compatible with thermally sensitive flexible materials.

The PhD. work will focus on low-temperature plasma engineering of novel nanostructured nanomaterials as tungsten oxide, iron oxides, titanium dioxide, molybdenum disulfide, etc ... and their application in various energy-harvesting, -storage systems and sensing devices. The topic and tasks in the laboratory are strongly oriented towards the industrial segment.

Possibility to spend 6 months on an internship in a high-tech company in Singapore working on PhD. topic.

The exacttopic and tasks will be defined later according to applicant preference: perovskite solar cells, tandem solar cells, supercapacitors, etc ...

Keywords: State-of-the-art plasma generators, coating deposition methods (i.e. ink-jet printing), plasma treatment, advanced surfaces, nano-coatings, roll-to-roll manufacturing, flexible and printed electronics, surface characterization (AFM, XPS, SEM, etc.).

Poznámky

More information:

https://plasma.sci.muni.cz/en/for-students/flexible-and-printed-electronics

Relevant literature:

T. Homola, J. Pospíšil, R. Krumpolec, P. Souček, P. Dzik, M. Weiter, et al., Atmospheric dry hydrogen plasma reduction of inkjet-printed flexible graphene oxide surfaces, ChemSusChem. 11 (2018) 941–947. doi:10.1002/cssc.201702139.

T. Homola, P. Dzik, M. Veselý, J. Kelar, M. Černák, M. Weiter, Fast and low-temperature (70 C) mineralization of inkjet printed mesoporous TiO2 photoanodes using ambient air plasma, ACS Appl. Mater. Interfaces. 8 (2016) 33562–33571. doi:10.1021/acsami.6b09556.

Školitel

doc. RNDr. Tomáš Homola, PhD.

Vývoj technologie pro přípravu multifunkčních tenkých vrstev připravených plazmatem asistovanou depozicí
Školitel: doc. RNDr. Vilma Buršíková, Ph.D.

Současné období pandemie ukázalo na zvýšený požadavek na vývoj metod pro úpravu povrchových vlastností materiálů, např. pro přípravu antibakteriálních a antivirových povrchů nejen pro zdravotnické materiály, ale i pro obalovou techniku a další často dotýkané povrchy (kliky, vypínače, apod.). Nanočástice stříbra, ale i některých dalších kovů (měď, zlato, titan) jsou známé pro jejich antibakteriální i antivirové vlastnosti. Tématem navržené disertační práce bude vyvinout technologii kovem dopovaných organosilikonových tenkých vrstev použitím metody plazmatem aktivované depozice z plynné fáze. Pro zabudování kovů budou odzkoušeny 2 metody: (1) depozice ze směsí organosilikonových a organometalických prekurzorů a (2) příprava organosilikonových vrstev v prachovém plazmatu dodáním nanočástic různých kovů s antibakteriálními vlastnostmi do plazmatu. V případě druhém bude nutné vyřešit dodání částic do plazmatu.
Pro přípravu shora uvedených vrstev je velmi důležitý jejich multifunkční charakter, kromě antibakteriálních vlastností musí splňovat několik dalších důležitých vlastností, jako jsou dobrá adheze k substrátu, otěruvzdornost, elasticita (zejména v případě flexibilních substrátů), transparentnost (v případě obalových materiálů). Požadavek na kvalitu struktury vrstev (dopant se nesmí uvolňovat z povrchu) bude rovněž zvýšená, vrstva musí zachovat povrchové i objemové vlastnosti a musí být odolný vůči běžným čisticím postupům.
V rámci práce budou studovány vlastnosti tenkých vrstev i v závislosti na druhu substrátu na který jsou tenké vrstvy nanášeny (u plazmatem asistované depozice může mít substrát významný vliv). Bude kladen důraz na studium vlivu záporného stejnosměrného předpětí na substrátu na vlastnosti nadeponovaných vrstev. V práci se bude věnovat i studiu časového vývoje předpětí a jeho vliv na hloubkový profil mechanických, strukturních a dalších fyzikálních a chemických vlastností vrstev.
V první části disertační práce se budou vyvíjet metody pro přípravu různých typů vrstev ze směsí organosilikonů anebo organosilazanů s nosnými plyny (např. Ar, O2, N2O, atd.) aby bylo možné vytypovat vhodné typy vrstev pro následné dopování kovovými prvky.
Pro úspěšné řešení tohoto tématu bude velice důležitá důkladná charakterizace tenkých vrstev, jako jsou měření mechanických (nanoindentace, vrypové a nanootěrové zkoušky), povrchových (topografie pomocí AFM, konfokální mikroskopie, studium volné povrchové energie), strukturních a chemických vlastností vrstev (FTIR, XPS, Raman, SEM, TEM, RBS/ERDA atd.). Většina těchto technik je k dispozici na pracovišti ÚFE, TEM můžeme řešit ve spolupráci s ÚFM anebo s CEITEC, RBS/ERDA ve spolupráci s ÚJF (Řež u Prahy). Antibakteriální testy pak můžeme řešit ve spolupráci s FCH VUT, TUL Liberec anebo Univerzitou Tomáše Bati ve Zlíně.
Materiálně je řešení tématu v současné době zabezpečený projektem GAČR 19-15240S.

Školitel

doc. RNDr. Vilma Buršíková, Ph.D.

Specializace: Obecné otázky fyziky

Žádná témata nejsou vystavena.

Specializace: Teoretická fyzika

Žádná témata nejsou vystavena.

Specializace: Vlnová a částicová optika

4D STEM a difraktivní metody v elektronové mikroskopii
Školitel: Mgr. Tomáš Radlička, Ph.D.

Metody vylepšení zobrazení v rastrovací elektronové mikroskopii jdou dvojím směrem. První z nich se soustředí na optimalizaci primárního svazku pomoci korektorů vad, energiových filtrů a dalších sofistikovaných elektronově optických elementů. Druhý směr, který může vést ke stejným výsledkům, se odehrává na straně zpracování signálu, který dostaneme z daného vzorku. Příkladem tohoto přístupu jsou difraktivní metody, které jsou založené na matematické analýze difraktogramů. Tyto metody umožní zobrazit efekt vzorku na fázi elektronové vlny – fázový kontrast, což je podstatné pro pozorování prvků s nižším atomovým číslem. Potenciálně také umožní pozorování vzorků s rozlišením, které není omezeno difrakčním limitem, ale nekoherencí elektronového svazku. Hlavním cílem dizertace bude implementace difraktivních metod do transmisního skenovacího elektronového mikroskopu, případně transmisního módu standardního rastrovacího elektronového mikroskopu včetně jejich vývoje a experimentálního ověření na různých typech vzorků.

The progress in enhancing imaging methods in scanning electron microscopy proceeds in two ways. First, it is an optimization of the primary beam by aberration correctors, energy filters, and other sophisticated electron-optical elements. The second way which can lead to similar results is based on processing the signal acquired from the sample. The diffractive methods based on mathematical analysis of diffractograms are typical examples of this approach. These methods enable to show the effect the sample has on the electron wave phase-phase contrast. It is substantial in the observation of elements with low atomic numbers. Potentially, they would also allow image samples with the resolution restricted not by the diffraction limit, but by the incoherence of the electron beam. The main goal of the dissertation will be the implementation of diffractive methods in the scanning transmission electron microscope, including their development and experimental verification on different types of samples.
Cíle
  • Vlnově optický popis a simulace zobrazení v transmisním módu rastrovacího elektronového mikroskopu.
  • Metoda výpočtu fázového kontrastu metodou integrovaného diferenciálního fázového kontrastu.
  • Rekonstrukce transmisní funkce vzorku pomoci ptychografické rekonstrukce včetně analýzy vlivu nekoherence systému.
  • Experimentální ověření.
  • Wave optical description and simulation of microscopic images in the transmission mode of the scanning electron microscope.
  • A method of calculating the phase-contrast using integrated differential phase contrast.
  • Reconstruction of the transmission function of the specimen utilizing phychographic reconstruction, including the analysis of the influence of incoherence.
  • Experimental verification.
Literatura
H. Rose, Geometrical Charged-Particle Optics, Springer 2009, ISBN: 978-3-540-85915-4
Hüe, F., Rodenburg, J. M., Maiden, a. M., Sweeney, F., & Midgley, P. a. (2010). Wave-front phase retrieval in transmission electron microscopy via ptychography. Physical Review B - Condensed Matter and Materials Physics, 82(12), 1–4.
Lazić, I., & Bosch, E. G. T. (2017). Analytical Review of Direct Stem Imaging Techniques for Thin Samples. Advances in Imaging and Electron Physics (1st ed., Vol. 199). Elsevier Inc.
Poznámky

Téma je rezervováno.

Školitel

Mgr. Tomáš Radlička, Ph.D.

Komplexní simulace obrazu v rastrovacím elektronovém mikroskopu
Školitel: Mgr. Tomáš Radlička, Ph.D.

Při vývoj rastrovacích elektronových mikroskopů a nových mikroskopických metod přestává stačit stávající způsob popisu zobrazení, který je založený především na popisu vlastnosti primárního elektronového svazku elektronů a detekčního systému pomoci analýzy signálních elektronů emitovaných svazkem. V tomto přístupu chybí korektní popis interakce elektronového svazku se vzorkem, která umožní lépe specifikovat, jaké informace o zobrazovaném vzorku z měření dostáváme a případně pomoci nich optimalizovat elektronový mikroskop, nebo vyvinout nové metody pro zpracování získaných dat. K této analýze by měla výrazně přispět technologie “digitálního dvojčete” mikroskopického obrazu, která umožní vygenerování umělého obrazu, který bude odpovídat obrazu reálného vzorku generovaného rastrovacím elektronovým mikroskopem. Tato technologie umožní a)Optimalizaci zobrazovacího a detekčního systému rastrovacího elektronového mikroskopu pro pozorování požadované vlastnosti vzorku (typicky materiálový, nebo topografický kontrast) b)Vývoj nových mikroskopických metod založených na strojovém učení, které vyžadují velké množství vstupních dat, které jinými metodami není možné získat.

The development of scanning electron microscopes (SEM) and new imaging techniques are currently based on the description of the primary beam and detection system utilizing analysis of the signal electrons emitted by the sample. However, this analysis suffers from overly simplified models of the electron-sample interactions, and there is a potential to specify and quantitatively describe the measured sample properties and optimize the microscope or microscopical method using this information. This is the main motivation for the development of the “digital twin” technology which enables the generation of the artificial image directly corresponding to the image of the real sample, which is observed in the scanning electron microscope. This approach enables a) Optimization of the primary beam and the detection system of the SEM for imaging of required sample properties (typically material or topographical contrast) b) Development of the microscopical method based on the machine learning which requires a high amount of input data, that can be hardly acquired by the standard approach.

Cíle
  • Popis elektronově optických vlastností primárního svazku rastrovacího elektronového mikroskopu a výpočet stopy svazku na základě vlnově optických výpočtů
  • Nastavení a optimalizace detekčního systému rastrovacího elektronového mikroskopu pomoci trasování reálných trajektorií signálních elektronů
  • Simulace interakce elektronů se vzorkem pomoci Monte Carlo metod
  • Generování umělých obrázků pro obecný vzorek a experimentální ověření.
  • Description of the primary beam properties in the SEM and calculation of the electron probe using wave-optical calculations
  • Optimization of the detection system in the SEM using results of ray-tracing real trajectories of signal electrons
  • Simulation of the electron-sample interaction using Monte-Carlo methods
  • Artificial SEM images generation for a general sample and experimental verification
Literatura
H. Rose, Geometrical Charged-Particle Optics, Springer 2009, ISBN: 978-3-540-85915-4
Hawkes, P. W., & Kasper, E. Principles of Electron Optics: Basic Geometrical Optics. Elsevier Science 1996.
L. Reimer, Scanning Electron Microscopy Physics of Image Formation and Microanalysis. Springer 1998, ISBN 978-3-540-3896
Werner, W. S. M. Electron transport in solids for quantitative surface analysis. Surface and Interface Analysis, 31(3), 141–176, 2001 https://doi.org/10.1002/sia.973
Poznámky

Téma je rezervováno.

Školitel

Mgr. Tomáš Radlička, Ph.D.

Školitelé

Informace o studiu

Zajišťuje Přírodovědecká fakulta
Typ studia doktorský
Forma prezenční ano
kombinovaná ano
distanční ne
Možnosti studia jednooborově ne
jednooborově se specializací ano
v kombinaci s jiným programem ne
Doba studia 4 roky
Vyučovací jazyk čeština
Spolupracující instituce
  • Akademie věd ČR
  • Astronomický ústav AV ČR
  • Biofyzikální ústav AV ČR
  • Ústav fyziky materiálů AV ČR
  • Ústav přístrojové techniky AV ČR
Oborová rada a oborové komise

Váháte? Máte otázku? Pošlete nám e-mail na

Zajímá vás obsah a podmínky studia programu Fyzika? Zeptejte se přímo konzultanta programu:

prof. Rikard von Unge, Ph.D.

Konzultant programu

e‑mail:

Používáte starou verzi internetového prohlížeče. Doporučujeme aktualizovat Váš prohlížeč na nejnovější verzi.

Další info