Vysokoškolské práce

J. Aubrecht / Spektroskopická charakterizace holmiem dopovaných optických vláken pro vláknové lasery s vysokým výkonem

Typ práce: BP, VÚ, DP

Vedoucí: Ing. Jan Aubrecht, Ph.D.
Konzultant: Ing. Jan Šulc, Ph.D., Katedra laserové fyziky a fotoniky, FJFI, ČVUT v Praze

Cílem práce je spektroskopická charakterizace nových typů holmiem dopovaných optických vláken pro výkonové vláknové lasery. Pozornost bude věnována měřením spektrálního průběhu absorpčního a emisního účinného průřezu a závislosti účinného průřezu na teplotě. Práce zahrnuje sestavení konkrétních měřících sestav a následné experimentální charakterizaci vláken dopovaných prvky holmia. Experimenty budou realizovány na aparaturách oddělení Vláknových laserů a nelineární optiky v Ústavu fotoniky a elektroniky AV ČR, v.v.i. (ÚFE).

Téma je vhodné zejména pro studenty fyzikálních a technických oborů, např. FJFI a FEL ČVUT, MFF UK.

J. Aubrecht / Thuliem dopované vláknové zdroje pro vlnovou délku v okolí 1700 nm

Typ práce: BP, VÚ, DP

Vedoucí: Ing. Jan Aubrecht, Ph.D.
Konzultant: Ing. Michal Jelínek, Ph.D, Katedra laserové fyziky a fotoniky, FJFI, ČVUT v Praze

Cílem práce je sestavení a charakterizace vláknového zdroje s thuliem dopovanými optickými vlákny pro pracovní oblast vlnových délek kolem 1700 nm. Student/ka si pod vedením vedoucího práce nejdříve osvojí základní metodiku práce s optickými vlákny, sestaví odpovídající měřící aparatury a otestuje potřebné optické součástky. Z dodaných komponent pak sestaví samotný vláknový zdroj. Experimentální práce bude zahrnovat sestavení vláknového zdroje a optimalizaci výstupních parametrů výsledného zařízení. Experimenty budou realizovány na aparaturách oddělení Vláknových laserů a nelineární optiky v Ústavu fotoniky a elektroniky AV ČR, v.v.i.

Téma je vhodné zejména pro studenty fyzikálních a technických oborů, např. FJFI a FEL ČVUT, MFF UK.

J. Aubrecht / Holmiem dopované vláknové lasery s vysokým výkonem

Typ práce: BP, VÚ, DP

Vedoucí: Ing. Jan Aubrecht, Ph.D.
Konzultant: Ing. Jan Šulc, Ph.D., Katedra laserové fyziky a fotoniky, FJFI, ČVUT v Praze

Cílem práce se sestavení a charakterizace vláknového zdroje s holmiem dopovanými optickými vlákny pro spektrální oblast za 2 um. Student/ka si pod vedením vedoucího práce nejdříve osvojí základní metodiku práce s optickými vlákny, sestaví odpovídající měřící aparatury a otestuje potřebné optické součástky. Z dodaných komponent pak sestaví samotný vláknový zdroj, včetně řídící elektroniky. Experimentální práce bude zahrnovat sestavení vláknového zdroje a optimalizaci výstupních parametrů výsledného zařízení. Experimenty budou realizovány na aparaturách oddělení Vláknových laserů a nelineární optiky v Ústavu fotoniky a elektroniky AV ČR, v.v.i.

Téma je vhodné zejména pro studenty fyzikálních a technických oborů, např. FJFI a FEL ČVUT, MFF UK.

M. Cifra / Elektromagnetické chipy pro analýzu a modulaci funkce molekulárních nanostruktur

Typ práce: DIP

Školitel: Ing. Michal Cifra, PhD.

Práce bude zaměřena na teoretický návrh a výrobu elektromagnetických mikrostrukturovaných chipů kompatibilních se super-rozlišovací mikroskopií pro analýzu a modulaci funkce přirozených proteinových nanostruktur, zejména části buněčného skeletu. Výsledky práce přispějí k pochopení elektromagnetických vlastností organismů na molekulární úrovni a otevřou nové technologické možnosti v biomedicíně a bionanotechnologii. Předpokládané znalosti uchazeče na úrovni ukončeného magisterského studia v oboru aplikovaná fyzika, nebo podobného. Nezbytná dobrá znalost anglického jazyka..

Seznam literatury:

1. Havelka, Daniel, Ondrej Krivosudsky, Jiri Prusa, and Michal Cifra. “Rational Design of Sensor for Broadband Dielectric Spectroscopy of Biomolecules.” Sensors and Actuators B: Chemical 273C (May 2018): 62–69. https://doi.org/10.1016/j.snb.2018.05.124.
2. Havelka, Daniel, Djamel Eddine Chafai, Ondrej Krivosudský, Anastasiya Klebanovych, František Vostárek, Lucie Kubínová, Pavel Dráber, and Michal Cifra. “Nanosecond Pulsed Electric Field Lab-on-Chip Integrated in Super-Resolution Microscope for Cytoskeleton Imaging.” Advanced Materials Technologies (2019): 1900669. https://doi.org/10.1002/admt.201900669.

M. Cifra / Molekulové simulace vlivu intenzivních krátkých elektrických pulzů na proteinové nanostruktury

Typ práce: DIP

Školitel: Ing. Michal Cifra, PhD.

Práce bude zaměřena na výzkum vlivu intenzivních krátkých elektrických pulzů na přirozené proteinové nanostruktury pomocí výpočetních metod založených na simulacích molekulové dynamiky. Výsledky práce přispějí k pochopení mechanizmů působení elektrických pulzů na molekulární úrovni a otevřou nové technologické možnosti v biomedicíně a bionanotechnologii. Předpokládané znalosti uchazeče na úrovni ukončeného magisterského studia v oboru biofyzika a chemická fyzika, nebo podobného. Nezbytná je dobrá znalost anglického jazyka a vztah k práci s počítačem.

Seznam literatury:

1. Hekstra, Doeke R., K. Ian White, Michael A. Socolich, Robert W. Henning, Vukica Šrajer, and Rama Ranganathan. “Electric-Field-Stimulated Protein Mechanics.” Nature 540, no. 7633 (December 7, 2016): 400–405. https://doi.org/10.1038/nature20571.
2. Marracino, Paolo, Francesca Apollonio, Micaela Liberti, Guglielmo d’Inzeo, and Andrea Amadei. “Effect of High Exogenous Electric Pulses on Protein Conformation: Myoglobin as a Case Study.” The Journal of Physical Chemistry B 117, no. 8 (February 28, 2013): 2273–79. https://doi.org/10.1021/jp309857b.
3. Carr, Lynn, Sylvia M. Bardet, Ryan C. Burke, Delia Arnaud-Cormos, Philippe Leveque, and Rodney P. O’Connor. “Calcium-Independent Disruption of Microtubule Dynamics by Nanosecond Pulsed Electric Fields in U87 Human Glioblastoma Cells.” Scientific Reports 7 (January 24, 2017): 41267. https://doi.org/10.1038/srep41267.

M. Cifra / Vliv intenzivních krátkých elektrických pulzů na proteinové nanostruktury

Typ práce: DIP

Školitel: Ing. Michal Cifra, PhD.

Práce bude zaměřena na experimentální výzkum vlivu intenzivních krátkých elektrických pulzů na přirozené proteinové nanostruktury. Výsledky práce přispějí k pochopení mechanizmů působení elektrických pulzů na molekulární úrovni a otevřou nové technologické možnosti v biomedicíně a bionanotechnologii. Předpokládané znalosti uchazeče na úrovni ukončeného magisterského studia v oboru biofyzika a chemická fyzika, nebo podobného. Nezbytná dobrá znalost anglického jazyka.

Seznam literatury:

1. Hekstra, Doeke R., K. Ian White, Michael A. Socolich, Robert W. Henning, Vukica Šrajer, and Rama Ranganathan. “Electric-Field-Stimulated Protein Mechanics.” Nature 540, no. 7633 (December 7, 2016): 400–405. https://doi.org/10.1038/nature20571.
2. Chafai, Djamel Eddine, Vadym Sulimenko, Daniel Havelka, Lucie Kubínová, Pavel Dráber, and Michal Cifra. “Reversible and Irreversible Modulation of Tubulin Self‐Assembly by Intense Nanosecond Pulsed Electric Fields.” Advanced Materials 31, no. 39 (August 13, 2019): 1903636. https://doi.org/10.1002/adma.201903636.
3. Havelka, Daniel, Djamel Eddine Chafai, Ondrej Krivosudský, Anastasiya Klebanovych, František Vostárek, Lucie Kubínová, Pavel Dráber, and Michal Cifra. “Nanosecond Pulsed Electric Field Lab-on-Chip Integrated in Super-Resolution Microscope for Cytoskeleton Imaging.” Advanced Materials Technologies 0, no. 0 (2019): 1900669. https://doi.org/10.1002/admt.201900669.

M. Cifra / Mechanizmy a využití biologické autochemiluminiscence 

Typ práce: BP, DP, DIP

Školitel: Ing. Michal Cifra, PhD.

Cílem práce je studium a pochopení fenoménu biologické autochemiluminiscence (BAL), který vzniká v důsledku oxidačních procesů spojených s tvorbou reaktivních forem kyslíku v biologických systémech. Student(ka) provede rešerši literatury a současného stavu poznání o mechanismech vzniku BAL a jejích variant (spontánní vs. indukovaná). Dále se zaměří na fotonické detekční metody BAL, jejich optimalizaci a možnosti praktického využití. V experimentální části práce budou prováděna měření BAL z vybraných biologických vzorků, případně modelování šíření BAL v tkáních. Výsledky budou interpretovány ve vztahu k diagnostice stresových a patologických stavů organismů a diskutovány z hlediska potenciálních aplikací BAL v medicíně, biologii, zemědělství a potravinářství. 

Téma je vhodné pro studenty bakalářského, magisterského i doktorského studia; konkrétní rozsah a zaměření bude přizpůsobeno úrovni studia. 

(* Synonyma používaná v literatuře: biological autoluminescence, biological chemiluminescence, ultra-weak photon emission (UPE), ultra-weak bioluminescence, low-level luminescence )

J. Grym / Modelování růstových mechanizmů polovodičových nanostruktur s využitím litografických technik

Typ práce: BP, VÚ, DP

Vedoucí práce: Ing. Jan Grym, Ph.D.

Polovodičové nanostruktury jsou základními stavebními kameny moderních elektronických a optoelektronických součástek. Cílem práce je popsat mechanizmy růstu jednodimenzionálních polovodičových nanostruktur z roztoků. S využitím litografických technik budou nanotyčky připravovány v hexagonálních periodických polích, která umožňují studovat rychlosti růstu jednotlivých krystalografických ploch a ovlivňovat ji parametry procesu a řízeným dopováním.

Práci je možno zaměřit teoreticky i experimentálně do některých z následujících oblastí: (a) modelování kinetiky růstu nanostruktur a vysvětlení odpovídajících fyzikálních a chemických jevů, (b) návrh reaktorů s přesnou kontrolou přesycení, (c) návrh nekonvenčních litografických metod využívajících elektronové a iontové svazky nebo rastrující sondu a (d) využití nanotyček v senzorech chemických látek, zdrojích světla a piezoelektrických nanogenerátorech.

J. Grym / Sítě polovodičových nanostruktur pro senzory plynů

Typ práce: BP, VÚ, DP

Vedoucí práce: Ing. Jan Grym, Ph.D.

Sítě polovodičových nanodrátů jsou hojně využívány v senzorech plynů a chemických látek. Senzory jsou však většinou studovány pouze jako celek, kdy jsou vyhodnocovány vlastnosti rozsáhlých polí nanodrátů. Pro pochopení transportu elektrického náboje v takových sítích vyvine student postupy, které umožní vytvořit elektrické kontakty na jednotlivém nanodrátu, na jejich dvojici v kontaktu nebo ve struktuře s omezeným počtem nanodrátů. Celou síť nanodrátů tak rozebere na základní stavební jednotky a z jejich elektrických vlastností sestaví obrázek o tom, jak celý senzor funguje. K přímým elektrickým měřením student využije nanomanipulátory umístěné v komoře elektronového mikroskopu nebo nanodráty přenese pomocí nanomanipulátoru na litograficky připravené kontakty. Struktury budou testovány na oxidující a redukující plyny s ohledem na jejich využití v detekci havárií baterií v elektromobilech a v bateriových úložištích fotovoltaických systémů ve spolupráci s komerční firmou.

J. Grym / Elektrická charakterizace jednotlivých polovodičových nanotyček a jejich heterostruktur

Typ práce: BP, VÚ, DP

Vedoucí práce: Ing. Jan Grym, Ph.D.

Pro širší využití polovodičových nanostruktur a heterostruktur je nutné vyvinout metody pro charakterizaci jejich fyzikálních vlastností. Práce bude zaměřena na elektrickou charakterizaci jednotlivých jednodimenzionálních nanostruktur. Cílem je zdokonalit metody, které umožní elektricky charakterizovat jednotlivý kolmo stojící nanodrát s využitím vodivého hrotu nanomanipulátoru v elektronovém mikroskopu a následně nanodrát přenést pomocí nanomanipulátoru na nevodivý substrát a deponovat kontakty s využitím injekčního systému plynů nebo elektronové litografie. Metody umožňující elektrickou charakterizaci jednotlivých nanostruktur jsou zásadní pro jejich uplatnění v elektronice a optoelektronice, např. v solárních článcích, piezoelektrických nanogenerátorech nebo zdrojích světla.

P. Honzátko / Vytvoření ovládacího programu pro unikátní vláknový laser určený k řezání, sváření a značení plastů

Typ práce: DP

Školitel: Dr. Ing. Pavel Honzátko

Součástí bude výběr vhodného vstupního 2d/3d CAD formátu, volba a modifikace existujícího otevřeného softwaru určeného pro laserové řezání/značení a především nasazení na konkrétním hardwaru ovládajícím skenovací hlavu laseru. Široké možnosti modifikace použitého laseru ve spolupráci se špičkovými odborníky z ÚFE AV ČR a možnost následného uplatnění nabytých znalostí v průmyslu.

Téma je vhodné pro studenty informačních technologií, počítačového inženýrství, programování vestavných systémů.

O. Kučera / Kinetické modelování fotonických biosignálů

Typ práce: DP

Školitel: Ing. Ondřej Kučera, Ph.D.

Chemické procesy v buňkách a tkáních zahrnují i reakce, které vyzařují velice slabé, avšak měřitelné světlo ve viditelné oblasti. Pro praktické využití takového světla jako biosignálu však chybí modely, které by z něj dokázaly extrahovat užitečné informace o biochemických procesech. Cílem práce je vytvořit a validovat aproximativní model založený na fenomenologických kinetických rovnicích, který by popsal vztah mezi fotonickým biosignálem a koncentrací chemických látek, aniž by nutně zahrnoval celý mechnanismus emise světla. Výsledky práce urychlí aplikaci fotonických biosignálů v lékařské a průmyslové diagnostice. 

O. Kučera / Konvektivní proudy v aktivních materiálech

Typ práce: DP

Školitel: Ing. Ondřej Kučera, Ph.D.

Aktivní materiály se skládají z mnoha stavebních bloků, které spotřebovávají energii k vytváření síly a pohybu. Díky vzájemným interakcím se tyto bloky mohou samoorganizovat do prostorově uspořádaných struktur. Řada aspektů takové samoorganizace není doposud uspokojivě vysvětlena. Cílem práce je navrhnout a ověřit metodu prostorové a časové analýzy směrovosti a stability konvektivních proudů stavebních bloků aktivního materiálu. Výsledky práce přispějí k hlubšímu pochopení principů, které stojí za vznikem a dynamikou aktivní hmoty. 

A. Kuna / Tvorba kompozitní časové stupnice ze souboru lokálních a navazovaných kvantových etalonů

Typ práce: DIP

Školitel: Ing. Alexander Kuna, Ph.D.

Laboratoř Státního etalonu času a frekvence vytváří národní časovou stupnici UTC(TP) pomocí cesiových svazkových hodin. Tématem práce je výzkum možností vytváření kompozitní časové stupnice z několika časových stupnic vytvářených kvantovými etalony v ČR. Dílčí stupnice jsou na UTC(TP) navazovány prostřednictvím signálů satelitních navigačních systémů nebo pomocí optických vláken. Cílem práce je fyzická realizace časové stupnice vypočtené z takto navazovaných stupnic.

Téma je vhodné pro studenty informačních technologií, technické kybernetiky, metrologie a měření.

J. Mrázek, P. Nekvindová / Nanokrystalické materiály pro výkonovou fotoniku

Typ práce: DIP

Školitel: doc. Ing. Pavla Nekvindová, Ph.D.
Školitel specialista: Ing. Jan Mrázek, Ph.D.

Rostoucí výkon zdrojů záření pro infračervenou oblast vyžaduje nové materiály se zvýšenou luminiscenční účinností a teplotní stabilitou. Nanokrystalické materiály dopované prvky vzácných zemin jsou vhodnou alternativou k tradičním sklům a monokrystalům. Práce bude zaměřena na přípravu a charakterizaci transparentních nanokrystalických materiálů vycházejících ze systému Y2O3-Al2O3-SiO2 dopovaného prvky vzácných zemin. Bude studován vliv složení a podmínek přípravy na reakční a růstové mechanismy vzniku nanokrystalů rovnoměrně distribuovaných v amorfní matrici. Složení studovaného systému bude modifikováno za účelem snížení fononové energie nanokrystalů a zvýšení luminiscenční účinnosti v infračervené oblasti. Bude vypracován teoretický model přenosu energie v iontech vzácných zemin a výsledky budou porovnány s experimentálními výsledky luminiscenčních měřeních. Vybrané materiály budou využity pro přípravu aktivních optických vláken, které budou využity pro přípravu vláknových laserů.

P. Peterka / Nové typy aktivních vláken pro vláknové lasery s vysokým výkonem

Typ práce: DIP

Vedoucí: Doc. Ing. Pavel Peterka, Ph.D.
Konzultant: prof. Ing. Václav Kubeček, DrSc.., KFE FJFI, ČVUT v Praze

Výzkumným tématem studenta bude návrh a experimentální ověření nových geometrií a uspořádání dvouplášťových optických vláken dopovaných prvky vzácných zemin (thuliem, holmiem, příp. ytterbiem) pro vláknové lasery s vysokým výkonem. Cílem výzkumu je najít způsoby a principy, jak zvýšit účinnost vláknového laserové zařízení (zesilovače nebo oscilátoru) při co nejjednodušším uspořádání zařízení. Příkladem je pláštěm čerpané holmiem dopované optické vlákno čerpané thuliovým vláknovým laserem. Dalším příkladem je návrh dvouplášťového vlákna s velkou plochou základního módu generovaného záření pro pulzní laserová zařízení.

Téma je vhodné zejména pro studenty fyzikálních a technických oborů, např. FJFI a FEL ČVUT, MFF UK.

P. Peterka / Módové nestability vláknových laserů a zesilovačů

Typ práce: DIP

Školitel: Doc. Ing. Pavel Peterka, Ph.D.

Nestability vláknových laserových zařízení jsou nyní aktuálním tématem výzkumu, zejména s ohledem na rostoucí výkony a nové vlnové délky těchto typů laserů a celospolečensky rychle rostoucí význam vláknových laserů. Teoretický výzkum bude zaměřen na studium podélných módových nestabilit ve vláknových laserech a příčných módových nestabilit ve vláknových zesilovačích. Experimentální výzkum bude zaměřen jev samovolného rozmítání vlnové délky, speciálního případu podélné módové nestability, jako spouštěcího mechanizmu samovolného Q-spínání laseru.

Téma je vhodné zejména pro studenty fyzikálních a technických oborů, např. FJFI a FEL ČVUT, MFF UK.

P. Peterka / Spektroskopická charakterizace optických vláken dopovaných prvky vzácných zemin pro vláknové lasery

Typ práce: DIP

Školitel: Doc. Ing. Pavel Peterka, Ph.D.

Cílem práce je výzkum nových typů optických vláken dopovanými thuliem, případně thuliem a holmiem. Pozornost bude soustředěna na výzkum procesů přenosu energie mezi prvky vzácných zemin a získání kvantitativních parametrů charakterizujících tyto přenosy energie pro využití v numerických modelech vláknových laserů. Práce zahrnuje jak sestavení teoretického modelu, tak experimentální charakterizaci vláken  dopovaných prvky vzácných zemin připravených v naší laboratoři nebo na spolupracujících pracovištích v zahraničí. Předpokládáme experimentální ověření vybraných aplikací thuliem dopovaných křemenných optických vláken v laserech v okolí vlnových délek 2000 nm.

Téma je vhodné zejména pro studenty fyzikálních a technických oborů, např. FJFI a FEL ČVUT, MFF UK. 

P. Peterka / Spektroskopická charakterizace thuliem a holmiem dopovaných optických vláken pro vláknové lasery

Typ práce: BP, DP

Školitel: Doc. Ing. Pavel Peterka, Ph.D.

Cílem práce je spektroskopická charakterizace nových typů optických vláken pro výkonové vláknové lasery. Zejména půjde o vlákna dopovaná thuliem a holmiem. Pozornost bude soustředěna na měření spektrálního průběhu absorpčního a emisního účinného průřezu a závislosti účinného průřezu na teplotě. Práce zahrnuje sestavení experimentální aparatury a experimentální charakterizaci vláken dopovaných prvky vzácných zemin připravených v naší laboratoři nebo na spolupracujících pracovištích v zahraničí.

Téma je vhodné zejména pro studenty fyzikálních a technických oborů, např. FJFI a FEL ČVUT, MFF UK.

P. Peterka / Výzkum nových geometrií a uspořádání dvouplášťových aktivních vláken pro vláknové lasery s vysokým výkonem

Typ práce: DIP

Školitel: Doc. Ing. Pavel Peterka, Ph.D.

Disertační práce je zaměřena na výzkum nových geometrií a uspořádání dvouplášťových vláken dopovaných prvky vzácných zemin pro zvýšení účinnosti vysoce výkonných vláknových laserů. Cíle zahrnují numerické modelování těchto vláken a experimentální ověření vybraných geometrií a uspořádání vláken ve vláknových laserech. Téma je vhodné zejména pro studenty fyzikálních a technických oborů, např. FJFI a FEL ČVUT, MFF UK. Konkrétní zadání lze případnému zájemci upravit podle jeho studijního zaměření. Předchozí zkušenost s laboratorní prací je výhodou, avšak není nezbytná. Zájemce musí být schopen číst a psát anglický text a spolupracovat při řešení úkolů s ostatními členy týmu.

Téma je vhodné zejména pro studenty fyzikálních a technických oborů, např. FJFI a FEL ČVUT, MFF UK.

M. Piliarik / Mikroskopie v dokonalém temném poli

Typ práce: BP/VÚ/DP

Školitel: Mgr. Marek Piliarik, Ph.D.

Mikroskopie v temném poli je jednou z nejpoužívanějších zobrazovacích technik ve výzkumných aplikacích. Konvenční přístupy v tmavém poli jsou sice snadno dostupné v komerčních mikroskopických systémech, ale jejich rozlišení je omezeno přirozenými fyzikálními omezeními, která jsou při standardních zobrazovacích úlohách často zanedbatelná. Tyto metody však nejsou slučitelné se zvyšováním kontrastu tmavého pole nad určitou úroveň. Na rozdíl od technik s vysokým kontrastem, jako je fluorescenční mikroskopie, které vyžadují rozsáhlé filtrování světla, mikroskopie v temném poli nedosahuje srovnatelného kontrastu bez omezení jednoduchosti.

Koncept mikroskopie v dokonale temném pole má za cíl nejen zjednodušit tradiční mikroskopické úlohy, ale především umožnit nové možnosti v oblasti bezznačkového zobrazování jednotlivých molekul, jak je vyvíjí výzkumný tým Nano-optiky. Tento nový přístup se opírá o přesnou aperturní filtraci dopadajícího osvětlení a zahrnuje jak experimentální vývoj laboratorního mikroskopického uspořádání ve spolupráci se zkušenými členy týmu a vedoucího projektu.

Student(ka) se rovněž zapojí do základního pochopení strategií tvorby a filtrace obrazu, včetně analytických metod a numerických simulací.

M. Piliarik / Optické zobrazování nano-dynamiky proteinů

Typ práce: DIP

Školitel: Mgr. Marek Piliarik, Ph.D.

Pochopení dynamiky vnitřního uspořádání makromolekul, zejména proteinů, v jejich přirozeném prostředí je kritickým krokem k poznání jejich biologické funkce. Experimentální metody však v této oblasti narážejí na řadu fundamentálních překážek, ať už to je prostorové rozlišení optických soustav, rychlost snímání fluorescenčních signálů, nebo průměrování přes heterogenní soubor molekul.

Náplň disertační práce využívá nejnovější metodu optického zobrazování jednotlivých molekul bez použití fluorescenčních značek, která je prvním krokem k jejich další analýze. Cílem projektu je vyvinout optické metody, které umožní na základě změn rozptylu světla na jednotlivých molekulách popsat změny prostorového uspořádání makromolekul v reálném čase.

M. Piliarik / Super-resolution mikroskopie s rozptylovými značkami

Typ práce: DIP

Školitel: Mgr. Marek Piliarik, Ph.D.

Molekulární značky umožňují v přirozeném prostředí sledovat chování a pohyb jednotlivých molekul, například proteinů. Použití fluorescenčních značek je limitováno stabilitou a saturací fluorescenčního signálu. Alternativou jsou takzvané rozptylové značky, jakými jsou například kovové nanočástice, které vykazují silný rezonanční rozptyl. Nevýhodou rozptylových značek je jejich obvyklá velikost v řádu 20 až 50 nm, která významně přesahuje velikost sledovaných molekul a ovlivňuje jejich pohyb a interakce.

Cílem tohoto projektu je výzkum vlastností nové generace extrémně malých rozptylových molekulárních značek, jejichž velikost bude menší než velikost označené molekuly (např. 1.4 nm Au55 klastr). Takové nanočástice pak budou využity jako značky různých vazebných míst jediné molekuly (např. proteinu) a mohou posunout limity rozlišení „super-resolution“ optických mikroskopů až na na sub-molekulární úroveň.

B. Švejkarová / Problematika konstrukce vysokovýkonných vláknových laserů

Typ práce: BP, VÚ

Vedoucí: Ing. Bára Švejkarová
Konzultant: Ing. Jan Šulc, Ph.D, Katedra laserové fyziky a fotoniky, FJFI, ČVUT v Praze

Cílem práce je optimalizace uspořádání vláknových laserů. Pro vysokovýkonné systémy se často využívají vlákna dopovaná ionty vzácných zemin s nestandardní geometrií a strukturou, což vyžaduje vyšší pozornost zejména při jejich sváření a chlazení. Student/ka si pod vedením vedoucího práce nejdříve osvojí základní metodiku práce s optickými vlákny. Z dodaných komponent sestaví samotný vláknový laser, ve kterém otestuje stabilitu systému. Experimenty budou realizovány na aparaturách oddělení Vláknových laserů a nelineární optiky v Ústavu fotoniky a elektroniky AV ČR, v.v.i.

Téma je vhodné zejména pro studenty fyzikálních a technických oborů, např. FJFI a FEL ČVUT, MFF UK.

B. Švejkarová / Charakterizace strukturovaných thuliem dopovaných vláken

Typ práce: BP, VÚ

Vedoucí: Ing. Bára Švejkarová
Konzultant: Ing. Richard Švejkar, Ph.D, Katedra laserové fyziky a fotoniky, FJFI, ČVUT v Praze

Cílem práce je charakterizace nových typů thuliových optických vláken se strukturovaným jádrem. V současnosti je zahřívání thuliových vláken jeden z nejvíce limitujících faktorů k dosažení vyšších výkonů a strukturovaná vlákna mohou být jeho řešení. Pozornost bude věnována zejména měření základního útlumu, průběhu absorpčních a emisních účinných průřezů a otestování v laserovém systému. Experimenty budou realizovány na aparaturách oddělení Vláknových laserů a nelineární optiky v Ústavu fotoniky a elektroniky AV ČR, v.v.i.

Téma je vhodné zejména pro studenty fyzikálních a technických oborů, např. FJFI a FEL ČVUT, MFF UK.

M. Vala / Trasování dynamiky rotace jednotlivých biomolekul

Typ práce: DIP

Školitel: Mgr. Milan Vala, Ph.D.

Tématem práce bude studium rotační dynamiky jednotlivých molekul pomocí neinvazivní optické mikroskopie s interferometrickou detekcí rozptýleného světla (iSCAT). Uchazeč se bude podílet na vývoji a aplikaci metody pro rychlé trasování makromolekul a jejich komplexů s důrazem na zlepšení přesnosti určení jejich orientace v prostoru (otočení) a tvaru (konformace). Cílem bude zvýšit citlivost až na úroveň jednotlivých biomolekul a demonstrovat možnosti tohoto informačně bohatého trasování pro vybrané biofyzikální procesy jako např. rotaci enzymaticky rozplétané dvoušroubovice DNA nebo dynamiku makromolekulárních komplexů a jejich interakcí na pevných površích nebo lipidových membránách. Součástí práce bude i optimalizace značení sledovaných biomolekul anizotropními rozptylovými značkam jako jsou plazmonické nanočástice nebo strukturovaná DNA (DNA origami). Předpokládá se, že uchazeč bude absolventem magisterského oboru biofyzika a chemická fyzika (nebo bude mít znalosti na srovnatelné úrovni) a bude vysoce motivován ke studiu a kreativnímu zvládnutí mezioborové problematiky na pomezí nano-optiky a biofyziky.

R. Yatskiv / Fotodetektory pro hlubokou UV oblast na bázi 1D nanomateriálů

Typ práce: BP, VÚ, DP

Vedoucí práce: Mgr. Roman Yatskiv, Ph.D.
Konzultant: prof. Dr. Ing. Ivan Richter, České vysoké učení technické v Praze, Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská, Katedra fyzikální elektroniky

Fotodetektory v hluboké UV oblasti mají díky schopnosti ozonové vrstvy toto záření pohlcovat široký aplikační potenciál ve vojenském průmyslu, monitorování životního prostředí a biomedicíně [1]. Pro realizaci fotodetektorů se používají polovodiče s vysokou šířkou zakázaného pasu, například AlxGa1-xN, MgxZn1-xO, hBN nebo diamant. V posledních letech jsou vkládány velké naděje do Ga₂O₃, který lze jednoduše připravit ve formě jednodimenzionálních nanostruktur, a může se v brzké budoucnosti stát vhodnou alternativou pro realizaci vysoce účinných fotodetektorů.

Předmětem zájmu studenta bude: (a) příprava nanodrátů Ga₂O₃ chemickou metodou [2]; (b) studium vlivu růstových podmínek na strukturní, elektrické a optické vlastnosti nanodrátů Ga₂O₃; (c) návrh, realizace a charakterizace fotodetektoru na bázi nanodrátů Ga₂O₃.

[1] Kalra, A.; Muazzam, U. U.; Muralidharan, R.; Raghavan, S.; Nath, D. N. The road ahead for ultrawide bandgap solar-blind UV photodetectors. Journal of Applied Physics 2022, 131 (15), 150901.
[2] Yatskiv, R.; Vorochta, M.; Bašinová, N.; Dinhova, T. N.; Maixner, J.; Grym, J. Low-temperature gas sensing mechanism in β-Ga₂O₃ nanostructures revealed by near-ambient pressure XPS. Applied Surface Science 2024, 663, 160155.

R. Yatskiv / Příprava vrstev Ga₂O₃ pro optoelektroniku

Typ práce: BP, VÚ, DP

Vedoucí práce: Mgr. Roman Yatskiv, Ph.D.
Konzultant: prof. Dr. Ing. Ivan Richter, České vysoké učení technické v Praze, Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská, Katedra fyzikální elektroniky

Ga₂O₃ je intenzivně studovaným polovodičovým materiálem čtvrté generace s vysokou šířkou zakázaného pásu s aplikacemi ve výkonové elektronice a optoelektronice [1]. Ga₂O₃ lze připravit ve formě objemových krystalů, tenkých vrstev i nanostruktur. Jednou z hlavních vědeckých výzev posledních let je příprava vysoce kvalitních tenkých vrstev, které by splnily požadavky pro využití v optoelektronice v hluboké ultrafialové oblasti.

Předmětem zájmu studenta bude: (a) příprava vrstev Ga₂O₃ metodou mist-CVD [Obr. 1]; (b) optimalizace růstových podmínek pro přípravu vysoce kvalitních tenkých vrstev; (c) studium optických vlastnosti tenkých vrstev pomoci UV-VIS a fotoluminiscenční spektroskopie; (d) návrh, realizace a charakterizace fotodetektoru na bázi tenkých vrstev Ga₂O₃.

[1] Galazka, Z. β-Ga₂O₃ for wide-bandgap electronics and optoelectronics. Semiconductor Science and Technology 2018, 33 (11), 113001.
[2] Vasin, A. V.; Yatskiv, R.; Černohorský, O.; Bašinová, N.; Grym, J.; Korchovyi, A.; Nazarov, A. N.; Maixner, J. Challenges and solutions in Mist-CVD of Ga₂O₃ heteroepitaxial films. Materials Science in Semiconductor Processing 2025, 186, 109063

Použité zkratky:

^{VÚ = výzkumný úkol, BP = bakalářská práce, DP = diplomová práce, DIP = disertační práce}