Prezenční studium

4 roky

prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc.

Předseda :
prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc.
Člen interní :
prof. Ing. Ivan Křupka, Ph.D.
doc. Mgr. Vlastimil Křápek, Ph.D.
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D.
prof. Ing. Miroslav Kolíbal, Ph.D.
prof. RNDr. Pavel Šandera, CSc.
Člen externí :
prof. Mgr. Dominik Munzar, Dr. (Přírodovědecká fakulta, Masarykova univerzita)
prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D. (Ústav přístrojové techniky, Akademie věd ČR)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (Fyzikální ústav, Akademie věd ČR)

Cílem doktorského studia v navrhovaném programu je příprava vysoce vzdělaných odborníků v oblasti fyzikálního inženýrství a nanotechnologií s dostatečnou zahraniční zkušeností, kteří budou schopni vykonávat samostatnou tvůrčí, vědeckou a výzkumnou činnost v akademické či aplikační sféře u nás i v zahraničí. Studium je založeno na vlastní tvůrčí a výzkumné práci doktorandů na úrovni standardně požadované na zahraničních pracovištích v oblastech výzkumu realizovaného na školicím pracovišti a podporovaného národními a mezinárodními projekty. Jedná se tyto oblasti aplikované fyziky: fyzika povrchů a nanostruktur, světelná a částicová optika a mikroskopie, konstrukce fyzikálních přístrojů a zařízení, mikromechanika materiálů.

Absolvent má znalosti, dovednosti a kompetence pro vlastní tvůrčí činnost v některé z oblastí, v nichž se realizují výzkumné aktivity školicího pracoviště. Jde o aplikace fyziky zejména v oblasti fyziky povrchů a nanostruktur, dvoudimenzionálních materiálů, nanoelektroniky, nanofotoniky, mikromagnetismu a spintroniky, biofotoniky, pokročilé světelné mikroskopie a spektroskopie, elektronové mikroskopie, laserové nanometrologie a spektroskopie, počítačem řízené rentgenové mikro a nanotomografie, mikro a nanomechaniky, vývoje technologických a analytických zařízení a metod pro mikro/nanotechnologie. K vysoké úrovni vzdělávání přispívá možnost využití personálního a materiálního zázemí poskytovaného výzkumnou infrastrukturou CEITEC a rovněž rozsáhlá spolupráce s významnými zahraničními pracovišti. To garantuje, že absolvent je schopen prezentovat ústně i písemně výsledky své práce a diskutovat o nich v angličtině. Vzhledem k vysokým odborným kompetencím a flexibilitě absolventi nalézají uplatnění jak v oblasti výzkumu na univerzitách a v jiných výzkumných institucích u nás i v zahraničí, tak v high-tech firmách v pozicích výzkumníků, vývojářů, konstruktérů či vedoucích týmů.

Vzhledem k vysokým odborným kompetencím a flexibilitě absolventi nalézají uplatnění jak v oblasti základního a aplikovaného výzkumu na univerzitách a v jiných výzkumných institucích u nás i v zahraničí, tak v hight-tech firmách v pozicích výzkumníků, vývojářů, konstruktérů či vedoucích týmů.

Viz platné předpisy, Směrnice děkana Pravidla pro organizaci studia na fakultě (doplněk Studijního a zkušebního řádu VUT v Brně).

Pravidla a podmínky pro tvorbu studijních programů určují:
ŘÁD STUDIJNÍCH PROGRAMŮ VUT,
STANDARDY STUDIJNÍCH PROGRAMŮ VUT,
STUDIJNÍ A ZKUŠEBNÍ ŘÁD VUT,
SMĚRNICE DĚKANA Pravidla pro organizaci studia na fakultě (doplněk Studijního a zkušebního řádu VUT v Brně),
SMĚRNICE DĚKANA FSI Jednací řád oborových rad doktorských studijních programů FSI VUT v Brně.
Studium v DSP se neuskutečňuje v kreditovém systému. Klasifikační stupně jsou „prospěl“, „neprospěl“, u obhajoby disertační práce je výsledek „obhájil“, „neobhájil“.

Na VUT jsou zohledněny potřeby rovného přístupu k vysokoškolskému vzdělávání. V přijímacím řízení ani ve studiu nedochází k přímé či nepřímé diskriminaci z žádných důvodů. Studujícím se specifickými vzdělávacími potřebami (poruchy učení, fyzický a smyslový handicap, chronická somatická onemocnění, poruchy autistického spektra, narušené komunikační schopnosti, psychická onemocnění) je poskytováno poradenství v poradenském centru VUT, které je součástí Institutu celoživotního vzdělávání VUT. Podrobně tuto problematiku řeší Směrnice rektora č. 11/2017 „Uchazeči a studenti se specifickými potřebami na VUT“. Rovněž je vytvořen funkční systém sociálních stipendií, který popisuje Směrnice rektora č. 71/2017 „Ubytovací a sociální stipendium“.

Předkládaný doktorský studijní program představuje nejvyšší stupeň vzdělávání v oblasti fyzikálního inženýrství a nanotechnologií. Navazuje na akademiky zaměřený bakalářský a navazující magisterský studijní program „Fyzikální inženýrství a nanotechnologie“, které jsou uskutečňované na FSI VUT.

2. kolo (podání přihlášek od 15.09.2025 do 31.10.2025)

1. Aberačně korigované STEM techniky při nízkém napětí pro studium mechanismu stárnutí v Al-Mg-Si slitinách.

   Slitiny Al–Si–Mg jsou důležité konstrukční materiály, které se díky nízké tepelné roztažnosti a hustotě, vysokému měrnému modulu a pevnosti, uspokojivé odolnosti proti opotřebení a výborné slévatelnosti široce využívají v mnoha oblastech, jako je automobilový, železniční, lodní a letecký průmysl. Aberačně korigovaná rastrovací transmisní elektronová mikroskopie (STEM) je technika vysokého rozlišení využívající nízké urychlovací napětí (30–80 kV) a lze ji využít k analýze mikrostruktury lehkých slitin na atomární úrovni. Tato technika snižuje poškození materiálu vyražením atomů (tzv. knock-on efekt), zvyšuje kontrast lehkých prvků (Z-kontrast) a je vhodnější pro materiály citlivé na elektronový svazek (například precipity v hliníkových slitinách). Cílem diplomové práce je plně využít potenciál nízkonapěťového STEM s korekcí aberací pro studium mechanismů stárnutí v hliníkových slitinách, se zaměřením především na vizualizaci precipitatů jako jsou fáze β' a βʺ v Al-Mg-Si slitinách v raných fázích stárnutí. To není možné pomocí běžného STEM s vysokým napětím. Práce bude realizována ve spolupráci s Univerzitou Toyama v Japonsku (prof. Kenji Matsuda).

   Školitel: Mikmeková Šárka, Ing. Mgr., Ph.D.

2. Analytická elektronová mikroskopie materiálů a struktur pro nanofotoniku

   Rozvoj nanofotoniky je spojen se zaváděním nových materiálů a struktur. Analytická elektronová mikroskopie představuje vhodný nástroj pro studium těchto materiálů a struktur, kdy umožňuje stanovit jejich prvkové a chemické složení, strukturní vlastnosti včetně krystaličnosti, krystalové mříže a jejích atomárních a mezoskopických poruch, a elektronovou strukturu. V této práci bude analytická elektronová mikroskopie aplikována na některé ze soudobých nanofotonických materiálů a struktur, například materiály s proměnnou fází (oxid vanadičitý, gallium, Sb2S3), aktivních plazmonické antény, hybridní kovově-dielektrické struktury nebo plazmonické antény vykazující plazmonický bleskosvodný jev. Práce může být rovněž zaměřena na rozvoj nových metod analytické elektronové mikroskopie.

   Školitel: Křápek Vlastimil, doc. Mgr., Ph.D.

3. Atomárně tenké optické metapovrchy založené na vysoce kvalitních 2D materiálech

   Rozptylové vlastnosti kovových a polovodičových/dielektrických nanostruktur s vysokým indexem lomu tvoří základ současných optických metapovrchů. Tyto vlastnosti jsou založeny na plasmonických nebo Mieho rezonancích (daných zejména geometrickými rozměry elementů metapovrchů), jež umožňují silnou interakci a přímé řízení fáze a amplitudy rozptýleného záření. Optická odezva takových nanostruktur má zpravidla jednoduchou lineární podobu a je obtížně měnitelná externími stimuly. V důsledku toho je možné použít pro predikci a optimalizaci jejich funkce standardní programy řešící Maxwellovy rovnice. Naproti tomu, 2D materiály tvořené atomárně tenkými vrstvami svázanými van der Waalsovými (vdW) silami vykazují velkou paletu kvantových, kolektivních, topologických, nelineárních a ultrarychlých odezev. Tyto materiály tak otevírají nové možnosti v oblasti metapovrchů. PhD téma se zaměřuje na výzkum a aplikaci fyzikálních principů dotýkajících se styčné oblasti metapovrchů a vdW materiálů. Jako výchozí bod se zaměří na otázku modifikace vlastností 2D vdW materiálů (např. TMDCs) pomocí jejich strukturování s rozměry pod vlnovými délkami pro vytvoření atomárně tenkých metapovrchů. Následně bude zkoumat možnosti dynamického formování svazků pomocí optických prvků založených na 2D metapovrších a umožňujících nové funkční vlastnosti, které nelze dosáhnout objemovými optickými prvky nebo „klasickými“ plazmonickými nebo dielektrickými metapovrchy.

   Školitel: Mach Jindřich, doc. Ing., Ph.D.

4. BIC v periodických nanofotonických systémech

   Vázané stavy v kontinuu (BIC - bound states in the continuum) představují teoreticky zajímavý způsob lokalizace pole, který odporuje konvenční představě předpokládající energie vázaných stavů pouze vně kontinua volných stavů. BIC nabízejí řadu zajímavých aplikací; např. ve fotonice BIC umožňují výrazně snížit nežádoucí radiační ztráty nových citlivých nanostruktur [1,2]. Studium se zaměří na teoretickou analýzu a fyzikální pochopení BIC v periodických nanofotonických systémech, jako jsou fotonické krystaly nebo metapovrchy. Předpokládá se výzkum struktur, které jsou v současnosti využívány jako pokročilé biosenzory [3]. Student systematicky prozkoumá existenci a vlastnosti BIC ve vybrané třídě takových systémů. Bude provedeno kritické posouzení přínosů BIC ve srovnání s tradičnějšími technikami z hlediska potenciálních aplikací. Výzkum bude založen na silném využití numerické analýzy. [1] K. Koshelev, A. Bogdanov, and Y. Kivshar, “Engineering with Bound States in the Continuum,” Opt. Photonics News, vol. 31, no. 1, p. 38, 2020 [2] S. I. Azzam and A. V. Kildishev, “Photonic Bound States in the Continuum: From Basics to Applications,” Adv. Opt. Mater., vol. 9, no. 1, pp. 16–24, 2021 [3] M. L. Tseng, Y. Jahani, A. Leitis, and H. Altug, “Dielectric Metasurfaces Enabling Advanced Optical Biosensors,” ACS Photonics, vol. 8, no. 1, pp. 47–60, 2021.

   Školitel: Petráček Jiří, prof. RNDr., Dr.

5. BIC ve fotonických vlnovodech

   Vázané stavy v kontinuu (BIC - bound states in the continuum) představují teoreticky zajímavý způsob lokalizace pole, který odporuje konvenční představě předpokládající energie vázaných stavů pouze vně kontinua volných stavů. BIC nabízejí řadu zajímavých aplikací; např. ve fotonice BIC umožňují výrazně snížit nežádoucí radiační ztráty nových citlivých nanostruktur [1,2]. Přestože první experiment potvrzující existenci fotonického BIC používal systém vázaných vlnovodů [3], jednotlivé vlnovody podporovaly pouze konvenční módy mimo kontinuum zářivých modů. Později byly pozorovány BIC ve vlnovodech s jádrem o nižším indexu lomu, efektivně ale takový vlnovod působil jako konvenční kvantová jáma (tj. lokalizace pole v oblasti s vysokým efektivním indexem lomu). Proto se studium zaměří na teoretický výzkum různých možných alternativních mechanismů, které by mohly umožnit existenci BIC ve vlnovodech. Nejprve budou studovány anizotropií indukované BIC v dielektrických vlnovodech. Následně bude zvažována obecnější třída vlnovodných struktur; zejména se předpokládá zaměření na nanofotonické vlnovodné struktury a provedení systematických parametrických studií, s cílem prozkoumat existenci nových typů BIC. Nakonec bude provedeno kritické posouzení přínosů BIC ve srovnání s klasickými vedenými mody z hlediska jejich potenciálních aplikací v integrované fotonice. [1] K. Koshelev, A. Bogdanov, and Y. Kivshar, “Engineering with Bound States in the Continuum,” Opt. Photonics News, vol. 31, no. 1, p. 38, 2020 [2] S. I. Azzam and A. V. Kildishev, “Photonic Bound States in the Continuum: From Basics to Applications,” Adv. Opt. Mater., vol. 9, no. 1, pp. 16–24, 2021 [3] Y. Plotnik et al., “Experimental observation of optical bound states in the continuum,” Phys. Rev. Lett., vol. 107, no. 18, pp. 28–31, 2011 [4] Y. Yu, et al., “Ultralow-Loss Etchless Lithium Niobate Integrated Photonics at Near-Visible Wavelengths,” Adv. Opt. Mater., vol. 9, no. 19, pp. 1–8, 2021.

   Školitel: Petráček Jiří, prof. RNDr., Dr.

6. Biosenzory na bázi grafenu a příbuzných 2D materiálů

   Klasické biochemické testy in vitro jsou v současnosti nahrazovány bioelektronickými senzory, které vynikají svou rychlostí, znovupoužitelností a minimálními rozměry. Jedním z nejslibnějších materiálů v této oblasti je grafen, který se vyznačuje vysokou citlivosti na přítomnost adsorbovaných molekul a zároveň je biokompatibilní. Předmětem doktorské práce bude vývoj a výroba biosenzorů na bázi grafenu a příbuzných dvourozměrných materiálů. V práci bude nutné zvládnout obecné fyzikální principy senzorů, problematiků polem řízených tranzistorů s elektrolytickým hradlem a funkcionalizaci pro docílení selektivní reakce senzoru. Vhodným adeptem je absolvent magisterského studia z oblasti fyzikálního inženýrství, elektrotechniky nebo biochemie. Cíle: 1) Zvládnutí fyzikálních principů biosenzorů po teoretické a experimentální stránce. 2) Návrh a výroba senzoru na bázi polem řízeného tranzistoru s elektrolytickým hradlem. 3) Funkcionalizace senzoru pro specifickou biologickou a chemickou reakci. 4) Testování odezvy senzoru na vybranné biologické materiály. 5) Adekvátní publikační výstup a prezentace výsledků na mezinárodní konferenci.

   Školitel: Bartošík Miroslav, doc. Ing., Ph.D.