|
|
First-Principle Study of Electronic Properties of Ultrathin Layers
Nezval, David ; Vázquéz, Hector (oponent) ; Friák, Martin (oponent) ; Bartošík, Miroslav (vedoucí práce)
This work characterizes the structural properties of adsorbed gallium atoms and water molecules on graphene. It also investigates the changes in the electronic properties of graphene caused by the adsorption of each adsorbent. The density functional theory (DFT) calculations are the perfect tool to investigate and explain the physical and chemical processes that occur during adsorption. The electronic properties are studied using band structure calculations and the Bader charge analysis. Recent experimental findings have revealed that in low concentration the Ga atoms negatively dope (n-doping) graphene. This doping effect is reduced at higher Ga concentrations when the clustering of Ga atoms occurs. This work presents the adsorption of individual Ga atoms and the Ga clusters. While single atoms n-dopes graphene with 0.64 electrons, atoms bound in clusters interact with each other and thus weaken the doping of graphene. Cluster formation is fundamentally affected by the diffusion of Ga atoms over graphene. Therefore, a section is devoted here to calculations of the diffusion barrier energy and how this barrier can be affected by the charging of graphene. The experimental observations indicate positive doping (p-doping) of graphene exposed to water molecules. However, these observations were not supported by DFT calculations. This thesis investigates the effect of multilayer water on the electronic properties of graphene. Attention has been paid to the influence of the water molecule orientation in the first layer toward graphene on its doping properties. The presented results show p-doping of graphene when 6 or more layers of water are oriented by oxygen to graphene.
|
|
|
Aplikace Kelvinovy silové mikroskopie na dvourozměrných strukturách
Švarc, Vojtěch ; Kunc,, Jan (oponent) ; Kolařík, Vladimír (oponent) ; Bartošík, Miroslav (vedoucí práce)
Přítomnost molekul vody silně ovlivňuje funkci biosenzorů v roztocích a senzorů plynů v běžné atmosféře obsahující vzdušnou vlhkost. Molekuly vody urychlují pohyb náboje na povrchu izolujících částí, způsobují hysterezi senzorů a ovlivňují stabilitu, odporovou odezvu a citlivost senzorů. Proto je důležité porozumět chování pohybu náboje ovlivněného vodou na povrchu senzorů. Pro lepší pochopení chování senzorů a jejich blízkého okolí při kontrolované vlhkosti využívá tato práce měření transportních vlastností a souběžné měření makroskopické odporové odezvy s mapováním lokálního povrchového potenciálu pomocí Kelvinovy silové mikroskopie (KPFM). Jako zvolený model byly vyrobeny a optimalizovány 2D grafenové struktury ve tvaru Hall baru v architektuře polem řízeného tranzistoru (FET). Výsledky ukazují, že šíření náboje z hlavního grafenového kanálu do jeho izolujícího okolí exponenciálně roste s relativní vlhkostí. Množství tohoto unikajícího náboje je možné dále ladit napětím na hradle FET senzoru. Další poznatky ukazují, že náboj difundující do přilehlých SiO2 částí ovlivňuje vodivost hlavního kanálu grafenu pouze minimálně. Souběžné měření rezistivity a KPFM na senzorech na bázi grafenu prohlubuje znalosti o vlivu vody na aktivní části senzoru a na difúzi náboje na pasivních izolujících částech. Tyto poznatky by mohly by být přínosné při budoucím návrhu tvarů struktur aktivních částí senzoru a povrchových uprav izolujících částí.
|
|
|
Aplikace programovacího jazyka Python v analýze obrazu a modelování fyzikálních procesů grafenu
Stehlíček, Kamil ; Képeš, Erik (oponent) ; Bartošík, Miroslav (vedoucí práce)
V této práci se zaměřujeme na vyhodnocování experimentálních dat pomocí programovacího jazyka Python napříč třemi různými fyzikálními úlohami zabývajícími se grafenem. Cíle práce vycházejí z praktických experimentů, při kterých využíváme gallium či nitrid gallia pro změnu elektrooptických vlastností grafenu nebo experimentů, které vyžadují simulaci šíření náboje v grafenové nanoelektronice. Tyto úlohy postupně využívají analýzu obrazu a numerické simulace. Teoretická část práce slouží jako rešerše a jako uvedení základních algoritmů zpracování obrazu a postupů v oblasti numerických simulací. Praktická část práce se pak zaměřuje na vyhodnocování úspěšnosti jednotlivých programů, jejich implementaci při praktickém vyhodnocení a vysvětlení experimentálních výsledků.
|
|
|
The calculations of electric and magnetic field on 2D graphene nanoelectronics
Richter, Jiří ; Zlámal, Jakub (oponent) ; Bartošík, Miroslav (vedoucí práce)
This bachelor thesis aims to simulate the electric field in a graphene biosensor based on the field-effect transistor design and the magnetic field generated by permanent magnets for the purpose of graphene Hall probe testing in COMSOL Multiphysics simulation software. The arrangement of molecules of an electrolyte near the top-gate electrode and its effect on its capacitance is studied through the definition of non-trivial dielectric function dependencies in an electrolyte droplet in the biosensor model. Next, the magnetic field distribution and homogeneity in the area of the Hall probe are also studied. The influence of the magnet holders, lateral displacement, their separation distance and temperature are the parameters against which the field properties are investigated.
|
|
|
Lokální oxidace grafenu pomocí mikroskopie atomárních sil
Vymazal, Jan ; Špaček, Ondřej (oponent) ; Bartošík, Miroslav (vedoucí práce)
Tato bakalářská práce se zaměřuje na lokální anodickou oxidaci (LAO) exfoliovaného grafenu pomocí mikroskopu atomárních sil. Lokální anodická oxidace se jeví jako slibná metoda pro přípravu prototypů grafenových nanostruktur. Mohla by být využita pro vý robu nanoelektroniky, biosenzorů nebo Hallových sond. Modifikovaný grafen je studován pomocí mikroskopie atomárních sil (měření topografie, KPFM) a Ramanovy spektrosko pie. Tato práce zkoumá vliv přítlačné síly, počtu vrstev a substrátu na výsledný produkt LAO.
|
|
|
Příprava grafenových membrán
Novotný, Adam ; Bartošík, Miroslav (oponent) ; Mach, Jindřich (vedoucí práce)
Tato bakalářská práce se zaměřuje na přípravu grafenových membrán a jejich modifikaci pomocí vodíkového svazku. Grafen se jeví jako vhodný materiál pro funkční zařízení, avšak jeho možnosti mohou být limitovány vlivem nosného substrátu. V první části jsou nejdříve popsány základní vlastnosti grafenu, membrán a grafenu funkcionalizovaného pomocí vodíku. V druhé části jsou popsány přípravy membrán na SiO2 a TEM mřížkách. Následně jsou podrobeny charakterizaci a mřížky jsou hydrogenovány. Pokrytí grafenu vodíkem je v neposlední řadě měřeno pomocí Ramanovy spektroskopie.
|
|
|
Development and fabrication of graphene Hall probes
Supalová, Linda ; Červenka, Jiří (oponent) ; Bartošík, Miroslav (vedoucí práce)
Advances in engineering and technology have created a demand for stable magnetic field detectors that are able to operate over a wide range of temperatures. At present, sensors based on the Hall effect and giant magnetoresistance effect are the most commonly used devices for real-time non-invasive measurement of both static and dynamic magnetic fields. Example applications of Hall effect-based devices include linear magnetic field sensors, gyrators, speed and directional sensors, electrical compasses, and current sensors, in areas ranging from manufacturing, automotive and aerospace to communication systems. However, currently used materials in Hall probes (mainly III-V semiconductors such as InSb or GaAs) struggle with temperature stability. In this study, we address the fabrication of Hall probes based on graphene and their testing at elevated temperatures. We successfully produce graphene Hall probes in a field effect transistor (FET) arrangement using standard fabrication techniques such as lithography and thin layer deposition. The choice of \acs{FET} architecture allows us to take full advantage of the outstanding electronic properties of graphene during testing of the Hall probes from room temperature up to 200°C. Our results reveal that increasing temperature does not cause significant degradation in the performance of graphene Hall probes even at temperatures above 150°C. This work paves the way for future investigations into the behaviour of graphene Hall probes at elevated temperatures, focusing on understanding the external factors that influence and impact the performance of the sensor in ambient conditions.
|
|
|
Kyslíkem modifikované grafenové struktury pro biosenzory
Mikerásek, Vojtěch ; Bartošík, Miroslav (oponent) ; Mach, Jindřich (vedoucí práce)
Tato bakalářská práce pojednává o modifikaci CVD grafenu atomy kyslíku. Teoretická část se věnuje popisu struktury grafen oxidu a jeho fyzikálním vlastnostem. Dále jsou popsány metody výroby tohoto materiálu a jeho využití v biosenzorech. V praktické části je popsána příprava monovrstvého grafenu na křemíkové desce. Hlavní pozornost byla věnována oxidaci grafenu atomárním kyslíkem a jeho modifikaci v kyslíkové plazmě. Průběh oxidace byl měřen po jednotlivých časových intervalech pomocí XPS.
|
|
| |
|
|
Ab-initio výpočty elektronických a strukturních vlastností olovo-zirkonátu-titanátu (PZT)
Planer, Jakub ; Friák, Martin (oponent) ; Bartošík, Miroslav (vedoucí práce)
Tato práce je zaměřena na výpočty difuzních bariér kyslíkových vakancí v olovo-zirkonátu-titanátu a jeho komponent pomocí teorie funkcionálu hustoty. Zjistili jsme, že velikost bariér je různá v olovo titanátu a olovo zirkonátu, což je způsobené rozdílnou lokalizací elektronů pocházejících ze vzniku kyslíkových vakancí. Difuzní bariéry byly nadále určeny pro směs s vysokým podílem titanu a porovnány s experimentálními výsledky. Přínos této práce spočívá v objasnění neobvykle nízkých difuzních koeficientů, které byly experimentálně měřeny na olovo-zirkonátu-titanátu. Zjistili jsme, že elektronové stavy vyvolané přítomností kyslíkových vakancí vytváří lokální vazby mezi atomy olova, což způsobuje, že kyslíkové vakance jsou nepohyblivé v důsledku zvýšení aktivační energie difuzního procesu.
|
host ::
RSS.