Mikro krystalické práškové vzorky s vysokým poměrem povrchu k objemu jsou využívány v aplikacích pro přeměnu energie, pro fotokatalýzu, jako přísady do stavebních směsí atd. Ve Fyzikálním ústavu Akademie věd jsme ve spolupráci s českou firmou SVCS Process Innovation s. r. o. v letech 2011-2021 vyvinuli a postavili prototyp reaktoru na principu indukčně vázané plazmy (ICP, 13,56 MHz, 300 W, procesní plyny: H2, O2, Ar, N2) pro plazmovou modifikaci práškových vzorků. Plazma obsahuje energetické elektrony, kationty, excitované radikály a molekuly zajišťující modifikaci povrchových vlastností při relativně nízké teplotě vzorku. Držák vzorků ve tvaru otočné kolébky je bud elektricky izolovaný (křemenné sklo) nebo uzemněný (nerezová ocel) což má zásadní vliv na interakci plazmy se vzorkem. Čistota plazmy je monitorována optickým emisním spektrometrem (OES, 400-1000 nm). Efekty vlivu plazmy na povrchové stavy budeme studovat pomocí infračervené absorpční (FTIR), Ramanovské a fotoluminescenční spektroskopie v širokém spektrálním oboru, a to jak za pokojové teploty, tak v He kryostatu při nízkých teplotách okolo 4 K. Doznívání fotoluminiscence bude měřeno pomocí pulzní UV LED metodou fázového posuvu mezi excitačním a emisním signálem při sinusoidálním buzení. Student se seznámí s principy detekce signálu osciloskopem a synchronním detektorem. Student bude pracovat s ekologickými materiály jako např. SiO2, ZnO, apod.

S postupným navyšováním výpočetního výkonu počítačů se ukazuje jako čím dál praktičtější vlastnosti chemických sloučenin a reakcí neměřit v laboratoři, ale místo toho počítat v počítači. Zatímco pro velkou část molekul se tyto výpočty staly téměř rutinní záležitostí, u některých, často obsahujících atomy přechodných kovů, je situace o mnoho komplikovanější. U nich totiž nelze kvůli silné interakci rozdělit pohyb jednotlivých elektronů a řešit je jednotlivě. Bohužel se dost často jedná o ty nejzajímavější problémy, protože atomy přechodných kovů jsou mimo jiné zodpovědné za katalýzu velké části reakcí v živých organismech. V naší skupině se zabýváme právě těmito problematickými molekulami, a to nejen na úrovni samotných výpočtů, ale především vývojem nových výpočetních metod. V rámci této stáže se student naučí provádět kvantově chemické výpočty pomocí standardních programů, a poté získané schopnosti využije na modelování nějaké konkrétní molekuly.

Jev luminiscence lidstvo fascinoval od nepaměti a často byl opředen tajemstvím. V dnešní době luminiscenci běžně používáme v nejrůznějších odvětvích lidské činnosti, od světlech v mobilu po moderní detektory radiace. Přijďte nakouknout do laboratoří Luminiscenčních a scintilačních materiálů, naučit se pracovat s aparaturou časově-rozlišené luminiscenční spektroskopie, ale hlavně poznat zábavu a úskalí spojená s experimentální fyzikou.

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 (např. 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), dopravovány do reaktoru. V reaktoru, zahřátém na teploty kolem 1 000 °C, poté dochází nad zahřátou podložkou (což bývá GaAs, nebo i safír Al2O3, křemík či GaN), k tepelnému rozkladu těchto prekursorů a atomy z nich uvolněné se deponují na na substrát a tvoří jednotlivé monokrystalické vrstvy materiálu, třeba i monoatomární. Touto metodou je možné připravit vysoce kvalitní a ultra-tenké polovodičové vrstvy s nízkou koncentrací defektů i 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 polovodičové 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 měření materiálů na bázi nitridu gallitého (GaN), které připravujeme pro reálné aplikace ve spolupráci s předními českými i mezinárodními firmami. Hlavní typy struktur budou v roce 2024 pravděpodobně AlGaN/GaN pro UV LED a pokud se podaří realizovat spolupráce s firmou Osram, tak struktury na bázi GaN pro scintilátory. Dále i HEMT (tranzistory s vysokou pohyblivostí elektronů) pro 5G sítě FV konvertory, snad i pro e-auta, a pro mnoho dalších aplikací. Studenti se soustředí na jednu či dvě z nich. Studenti se budou podílet na epitaxním růstu struktur. Zúčastní se měření optických (hlavně fotoluminiscence a Ramanova spektroskopie), strukturních (elektronová i hrotová mikroskopie, možná i RTG difrakce) a elektrických měření (transport elektronů, Hallův jev, možná i DLTS (studium hlubokých energetických hladin)). V průběhu stáže se plánují exkurse na Technickou univerzitu v Liberci a do firmy Crytur v Turnově, také snad do brněnského výzkumného centra CEITEC. Problematika je populárním způsobem prezentována na https://www.youtube.com/watch?v=7yZAhn2hirM a https://www.youtube.com/watch?v=C-G0FTzermc