Stáže pro středoškoláky

V roce 2020 se vydala vědecká sonda Solar Orbiter vstříc svému dobrodružství. Hlavním cílem této Evropské mise je výzkum Slunce a fyzikálních procesů v jeho těsné blízkosti. Proč je povrch Slunce chladnější než jeho korona? Jak vzniká sluneční vítr? Jakou roli v tom hrají radiové a plazmové vlny? Stážista se stane součástí týmu, který vyvinul a dohlíží na vlnový analyzátor RPW/TDS. Tento vlnový analyzátor zaznamenává v okolí družice plazmové a radiové vlny a pomáhá tak poodkrýt dosud nezodpovězené otázky o naší domovské hvězdě.

Studenti se seznámí s konceptem bílých světel na bázi LED a se způsoby jejich laditelnosti. Budou pracovat v reálných fyzikálních podmínkách v laboratořích Luminiscenčních a scintilačních materiálů pomocí metod časově rozlišené luminiscenční spektroskopie. Budou tedy vlastníma rukama úsilím měřit optické vlastnosti nových zajímavých materiálů, které mají předpoklady k využití právě v osvětlovací technice. Budou nedílnou součástí experimentální činnosti na špičkovém pracovišti světového významu. Zároveň budou naměřená data zpracovávat a vyhodnocovat.

Krystalický prášek oxidu zinečnatého (ZnO) je levný a ekologický materiál s jedinečnými optickými vlastnostmi. Nanosloupky ZnO se svým vysokým poměrem povrchu k objemu a souvisejícími velikostními efekty jsou využívány v aplikacích pro přeměnu energie, pro fotokatalytické čištění odpadních vod, elektrochemické skladování energie a v detektorech záření. Ve Fyzikálním ústavu Akademie věd jsme ve spolupráci s českou firmou SVCS Process Innovation s. r. o. v letech 2011-2021 postavili a postupně vylepšili prototyp reaktoru pro plazmovou hydrogenaci práškových vzorků. Plazma obsahuje energetické elektrony, ionty, excitované radikály a molekuly zajišťující modifikaci povrchových vlastností při relativně nízké teplotě vzorku. Např. plazmatická hydrogenace ZnO vede k významnému zvýšení excitonové fotoluminiscence. Tyto efekty vlivu plasmy na povrchové stavy budeme studovat pomocí infračervené absorpční (FTIR), Ramanovské a fotoluminescenční spektroskopie. Doznívání fotoluminiscence s mikrosekundovým časovým rozlišením bude měřeno pomocí UV LED s pulzním proudovým zdrojem proud navrženým studentem na bázi indukční cívky a výkonového tranzistoru řízeného mikrokontrolerem Arduino.

Observatoř Pierra Augera je největším detektorem na světě pro měření kosmického záření s velmi vysokou energií. Detektory rozprostřené na ploše 3000 km2 zaznamenávají spršky elementárních částic vzniklých interakcí kosmického záření v atmosféře již od roku 2008. Data jsou postupně zveřejňována, aby je mohli analyzovat všichni zájemci. Tato data společně prozkoumáme za pomoci moderních postupů. Práce je vhodná pro studenty se zájmem o astrofyziku a výpočetní techniku. Většina úkolů spočívá ve vytváření krátkých programů pro zpracování dat. Velkou výhodou je znalost programování v pythonu. Část stáže je možné vykonávat vzdáleně.

Fyzika Hlavní město Praha SŠ LEKTOR STÁŽE: prof. Ing. Eduard Hulicius, CSc. INSTITUCE: Fyzikální ústav DOBA TRVÁNÍ: 12 měsíců POČET HODIN STÁŽE ZA MĚSÍC: 8 Příprava a měření nitridových polovodičových struktur ANOTACE: Technologie plynné epitaxe z organokovových sloučenin (MOVPE – z anglického Metal Organic Vapour Phase Epitaxy) patří do skupiny epitaxí z plynné fáze. Pro přípravu sloučeninových polovodičů (jako jsou GaAs, InAs, GaN, InGaN, AlGaN apod.) se využívají organokovové molekuly (např. Ga(CH3)3) a hydridy (NH3). Tyto prekurzory jsou v plynné fázi spolu s nosným plynem, kterým je obvykle vodík nebo dusík s čistotou lepší než 1 ppb (1 molekula nečistoty na 109 molekul nosného plynu), dodávány do reaktoru. V reaktoru poté dochází nad zahřátou podložkou (což bývá safír, křemík či GaN), k tepelnému rozkladu těchto prekursorů a atomy takto vzniklé tvoří na substrátu jednotlivé monokrystalické vrstvy materiálu, třeba i monoatomární. Touto metodou je možné připravit vysoce kvalitní a ultra-tenké polovodičové vrstvy s nízkou koncentrací defektů a nečistot. Je také možné připravovat složité struktury z různých materiálů, tzv. heterostruktury. Tyto struktury se využívají jako aktivní oblasti v mnoha již používaných součástkách jako jsou LED, laserové diody, vysokofrekvenční výkonné tranzistory (HEMTy), detektory a scintilátory, apod. Struktury připravené v naší laboratoři (https://www.fzu.cz/~movpe/index.html) se měří a studují na nejmodernějších přístrojích v řadě laboratoří ve FZÚ i jinde. Sledují se optické, elektrické a strukturní vlastnosti vrstev a struktur. Studenti se budou podílet na přípravě i studiu materiálů na bázi nitridu gallitého (GaN), které připravujeme pro reálné aplikace ve spolupráci s předními českými i mezinárodními firmami. Hlavní typ struktur bude v roce 2023 pravděpodobně AlGaN/GaN pro UV LED a pokud se podaří realizovat spolupráce s firmou Infineon tak struktury na bázi GaN pro HEMT (Tranzistory s vysokou pohyblivostí elektronů pro e-auta, FV konvertory a podobně). Studenti se budou podílet na epitaxním růstu struktur. Zúčastní se měření optických (hlavně fotoluminiscence, možná i elektroluminiscence, Ramanova spektroskopie), strukturních (elektronová i hrotová mikroskopie, možná i RTG difrakce) a elektrických (transport elektronů, Hallův jev) měření. Plánují se exkurse do firmy Crytur v Turnově a do brněnského výzkumného centra CEITEC v průběhu stáže. Problematika je populárním způsobem prezentována na https://www.youtube.com/watch?v=7yZAhn2hirM a https://www.youtube.com/watch?v=C-G0FTzermc POZNÁMKA: Studentům stačí solidní základy středoškolské fyziky, ostatní se naučí u nás. https://www.fzu.cz/~movpe/brana.html

V blízkosti povrchu např. zlata se mění vlastnosti molekul. Jejich signál v Ramanových spektrech je větší, což lze využít třeba k detekci nečistot v pitné vodě. Zlatá nanovlákna a Ramanova spektroskopie byla použita i k detekci chirálních molekul, tj. těch jejichž zrcadlové obrazy se mají jako pravá ruka k levé (viz. http://hanicka.uochb.cas.cz/~bour/pdf/212.pdf). V rámci stáže bychom se pro lepší pochopení těchto jevů pokusili modelovat spektra a strukturu modelových systémů pomocí výpočetních metod.

Úkolem této stáže je studium mezomorfních vlastností nových termotropních kapalných krystalů s tyčinkovitými molekulami, vytvářejícími vrstevnaté smektické fáze. Cílem studia je přispět k lepšímu porozumění vztahu mezi výskytem kapalně krystalické fáze a strukturou molekuly těchto pokročilých organických materiálů. Jako hlavní experimentální metody budeme využívat pozorování a interpretaci charakteristických textur jednotlivých fází v polarizovaném světle optického mikroskopu a určování teplot fázových přechodů metodou diferenční skenovací kalorimetrie.

Physical characterization of plasma sprayed NiTi samples will be performed by various techniques such as by examining surface features, and chemical composition analysis. The chemical composition of the samples will be evaluated at various depth levels on the multilayer structure. Thermal and mechanical analysis of the samples will be performed on the samples. The role of shape memory effect towards deformation recovery will be evaluated by indentation test. The hardness of the samples will be evaluated along the surface and cross-section regions. A comparison will be established by using the standard commercial NiTi samples.

The internship will show how physical experiments and theory related to crystal structures and their properties are interrelated. The internship focuses on the analysis of crystal structures with computer software developed at the institute in order to uncover novel characteristics of crystal structures. If the intern is interested a part of his work can be related to programming using the Python language. The intern will get an overview about the work in all of the department. The intern will participate in state-of-the-art research.

Crystallography is the branch of science that deals with elucidating the atomic structure of crystalline materials. Knowing the accurate crystal structure of materials allows us to understand and improve their physical properties. The internship will cover the basics of crystallography, both theory and practice, focusing on the analysis of crystal structures using the crystallographic software Jana2020. The intern will visit the structure analysis department and will have an overview of different possibilities to elucidate the characteristics of various types of materials.