Studijní program P4F5 Fyzika povrchů a rozhraní

Anotace programu

Program přirozeně navazuje na magisterský obor „Fyzika povrchů a plazmatu“, ale může navazovat i na jiné magisterské vzdělání zaměřené na fyziku pevných látek. Studijní program pokrývá všechny aspekty fyziky povrchů a tenkých vrstev. Opírá se o znalosti fyzikálních a chemických vlastností povrchů a rozhraní v pevné fázi a souvisejících fyzikálních procesů. Studium zahrnuje problémy základního výzkumu v materiálových vědách a nanofyzice, studium povrchových struktur a procesů na atomární úrovni, povrchovou katalýzu a také hraniční disciplíny, jako je technologie palivových článků. Experimentální přístup úzce souvisí s teoretickým studiem problémů. Program připravuje odborníky se širokým základem ve fyzice, s bohatými zkušenostmi s pokročilými experimentálními technikami povrchů a s hlubokými znalostmi povrchové fyziky a chemie.

Oborová rada

Aktuální složení rady je na adrese http://mff.cuni.cz/phd/or/p4f5 .

Spolupracující ústavy

– Fyzikální ústav AV ČR, v.v.i.
Na Slovance 2, 182 21 Praha 8
http://www.fzu.cz/

– Ústav fotoniky a elektroniky AV ČR, v.v.i.
Chaberská 57, 182 51 Praha 8
http://www.ufe.cz/

– Ústav fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR, v.v.i.
Dolejškova 2155/3, 182 23 Praha 8
http://www.jh-inst.cas.cz/

Domovská stránka oborové rady

Vypsaná témata

Jsou k nahlédnutí v SIS na adrese http://mff.cuni.cz/phd/temata/p4f5 .

Vybraná témata pro předběžné výběrové řízení

Poskytovaná výuka

Požadavky k průběhu doktorského studia

a) Požadovaná výuka
1.-2. ročník studia: absolvování povinných přednášek - Fyzika povrchů NEVF514, Metody Fyziky povrchů I NEVF515, Metody fyziky povrchů II NEVF516.

1.-4. ročník studia: absolvování Semináře fyziky povrchů a tenkých vrstev NEVF 517.

Mimo výše uvedené povinné předměty si student do individuálního studijního plánu zapisuje výuku doporučenou školitelem podle zaměření disertační práce.

b) Požadavky na tvůrčí činnost
-prezentace na WDS (NEVF555) v 1. či 2. ročníku studia.

-každoroční prezentace výsledků na odborném soustředění KFPP (NEVF550) během celého prezenčního studia.

-minimálně jedna publikace k tématu disertační práce v impaktovaném časopise, na níž je student prvním autorem.

c) Požadavky na absolvování stáží
V souladu se standardy studijních programů na UK je žádoucí absolvování části studia na zahraniční instituci v souhrnné délce alespoň jednoho měsíce nebo další forma přímé účasti studenta na mezinárodní spolupráci. Další zahraniční stáž je žádoucí, ale není podmínkou.

d) Další studijní povinnosti
-očekává se rovněž účast na vhodné zimní či letní škole nebo konferenci.

-zkouška z anglického jazyka.

Oborová rada posuzuje splnění požadavků individuálně.

Seznam požadavků ke státní doktorské zkoušce

I. Širší základ
Elektromagnetické pole. Fotony. Vlnová funkce. Relace neurčitosti. Schrödingerova rovnice a její řešení v jednoduchých případech. Přibližné metody kvantové teorie. Elektron v periodickém prostředí, pásová struktura. Chemická vazba. Termodynamické potenciály, rovnováha, fázové pravidlo, fázové přechody. Statistická rozdělení, vztah termodynamických a statistických veličin, entropie. Náhodné procesy, fluktuace, jejich charakteristiky. Krystalografie a struktura pevných látek, typy vazeb. Elektronová struktura pevných látek, typy vazeb. Transportní jevy, rovnice kontinuity, difúzní rovnice, relaxační doby, mechanismy rozptylu. Fonony.

II. Fyzikální základy oboru
Objemové a povrchové procesy ve vakuových systémech, vypařování a kondenzace, interakce plynu s pevnou látkou (povrchová, objemová), čerpací proces, mezní tlak. Fyzikální principy metod získávání a měření nízkých tlaků. Pohyb nabitých částic v elektrických a magnetických polích, základní elektronově iontové optické soustavy. Hmotová spektroskopie. Rozhraní dvou pevných látek (kov–kov, kov–polovodič, polovodič–polovodič), elektronické procesy na rozhraních, fyzikální principy a funkce elektronických prvků. Povrch pevné látky (struktura, čistota, jevy rekonstrukce a relaxace), elektronová struktura povrchu (kovy a polovodiče), povrchové stavy, ohyb pásů, výstupní práce. Fyzikální jevy na površích (adsorpce; emise nabitých částic — termoemise, termiontová emise, povrchová ionizace, tunelová emise, ionizace v silném poli, fotoemise; interakce záření a částic s pevnou látkou). Teorie růstu tenkých vrstev, epitaxe. Vlastnosti tenkých vrstev, transport tenkou vrstvou.

III. Experimentální metody fyziky povrchů, tenkých vrstev a rozhraní
Vytváření definovaných povrchů a tenkých vrstev, základní metody a techniky. Metody analýzy povrchů, tenkých vrstev a rozhraní (mikroskopie — TEM, SEM, FEM, FIM, STM, AFM, elektronové a iontové spektroskopie — AES, XPS, APS,..., difrakční metody — LEED, RHEED, rtg).

Doporučená literatura

–Anselm, A. I.: Úvod do teorie polovodičů. Academia, Praha, 1967.

–Bechstedt, F.: Principles of Surface Physics. Springer–Verlag, Berlin, 2003.

–Chen C.J.: Introduction to scanning tunneling microscopy. Oxford University Press, 2008.

–Eckertová, L. a kol.: Fyzikální elektronika pevných látek. Univerzita Karlova, Praha, 1992.

–Eckertová, L. a kol.: Metody analýzy povrchů, elektronová mikroskopie a difrakce. Academia, Praha, 1996.

–Eckertová, L. a kol.: Metody analýzy povrchů, elektronová spektroskopie. Academia, Praha, 1990.

–Eckertová, L.: Physics of thin films. SPN – Plenum Press, New York – Praha, 1986.

–Frank, L. a kol.: Metody analýzy povrchů, iontové, sondové a speciální metody. Academia, Praha, 2002.

–Groszkowski, J.: Technika vysokého vakua. SNTL, Praha, 1981.

–Kittel, Ch.: Úvod do fyziky pevných látek. Academia, Praha, 1985.

–Michely T., Krug. J.: Islands, Mounds and Atoms. Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2004.

–Pátý, L.: Fyzika nízkých tlaků. Academia, Praha, 1968.

–Venables, J. A.: Introduction to Surfaces and Thin Film Processes. Cambridge University Press 2000.

–Voightlaender B., Scanning Probe Microscopy. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2015.

–Zangwill, A.: Physics at surfaces. Cambridge University Press, Cambridge, 1988.