|
|
First-Principle Study of Electronic Properties of Ultrathin Layers
Nezval, David ; Vázquéz, Hector (referee) ; Friák, Martin (referee) ; Bartošík, Miroslav (advisor)
Tato práce charakterizuje strukturní vlastnosti adsorbovaných atomů galia a molekul vody na grafenu. Zkoumá také změny elektronových vlastností grafenu způsobené adsorpcí jednotlivých adsorbentů. Výpočty pomocí teorie funkcionálu hustoty (DFT) jsou ideálním nástrojem pro zkoumání a vysvětlení fyzikálních a chemických procesů, které probíhají během adsorpce. Elektronové vlastnosti jsou studovány pomocí výpočtů pásové struktury a Baderovy analýzy náboje. Nedávná experimentální zjištění odhalila, že při nízké koncentraci atomy Ga dopují grafen elektrony (n-dopování). Tento dopovací efekt se snižuje při vyšších koncentracích Ga atomů, kdy dochází ke tvorbě klastrů. Tato práce představuje adsorpci jednotlivých atomů Ga a klastrů tvořených více atomy Ga. Zatímco jednotlivé atomy n-dopují grafen 0,64 elektrony, atomy vázané v klastrech na sebe vzájemně působí, a tím oslabují dopování grafenu. Tvorba klastrů je zásadně ovlivněna difuzí atomů Ga po povrchu grafenu. Proto je část práce věnována výpočtům energie difuzní bariéry a tomu, jak může být tato bariéra ovlivněna nabitím grafenu. Experimentální pozorování ukazují, že u grafenu jež je vystaven působení molekul vody, dochází k dopování kladnými nosiči náboje (p-dopování). Tato pozorování však nebyla podpořena výpočty DFT. Tato práce zkoumá vliv vícevrstvé vody na elektronové vlastnosti grafenu. Pozornost byla věnována ovlivňování dopování grafenu v závislosti na orientaci molekul vody v první vrstvě nejblíže grafenu. Prezentované výsledky ukazují p-dopování grafenu, když je 6 nebo více vrstev vody orientováno kyslíkem ke grafenu.
|
|
|
Application of Kelvin Probe Force Microscopy on Two-Dimensional Structures
Švarc, Vojtěch ; Kunc,, Jan (referee) ; Kolařík, Vladimír (referee) ; Bartošík, Miroslav (advisor)
The presence of water molecules strongly influences the function of solution-based biosensors and ambient operating gas sensors. Water molecules accelerate the charge diffusion on the surface of insulating parts, induce sensor hysteresis, and affect sensors' stability, resistance response, and sensitivity. Therefore, it is essential to understand the behaviour of charge motion influenced by water on the sensor surface. To better understand sensor behaviour and its immediate surroundings under controlled humidity, this study utilizes measurements of transport properties and simultaneous measurement of macroscopic resistance response with mapping of the local surface potential using Kelvin probe force microscopy (KPFM). As a chosen model, the 2D graphene Hall bar structure in the field-effect transistor (FET) architecture was fabricated and optimized. The results indicate that the charge dissipation from the main graphene channel to its insulating surroundings exponentially increases with relative humidity. The amount of this leakage charge can be further tuned by the gate voltage of the FET sensor. Further findings show that the charge diffusing into adjacent SiO2 parts minimally influences the conductivity of the graphene main channel. Simultaneous measurements of resistivity and KPFM on graphene-based sensors deepen the understanding of water's impact on the sensor's active parts and the diffusion of charge on passive insulating parts. These findings could benefit future designs of active graphene parts of the sensor and surface modifications of its insulating parts.
|
|
|
Application of Python programming language in image analysis and modeling of physical processes of graphene
Stehlíček, Kamil ; Képeš, Erik (referee) ; Bartošík, Miroslav (advisor)
In this thesis, we focus on evaluating experimental data using the Python programming language across three different physics problems dealing with graphene. The goals of the thesis are based on practical experiments that use gallium or gallium nitride to alter the electro-optical properties of graphene or experiments that require the simulation of charge propagation in graphene nanoelectronics. These tasks successively use image analysis and numerical simulations. The theoretical part of the thesis serves as a research and as an introduction to basic image processing algorithms and numerical simulation techniques. The practical part of the thesis then focuses on the evaluation of the success of each program, its implementation in practical evaluation and explanation of experimental results.
|
|
|
The calculations of electric and magnetic field on 2D graphene nanoelectronics
Richter, Jiří ; Zlámal, Jakub (referee) ; Bartošík, Miroslav (advisor)
Tato bakalářská práce ze zabývá výpočty elektrického pole v grafenovém biosenzoru na principu polem řízeného tranzistoru a magnetického pole generovaného permanentními magnety pro testování Hallovy sondy v programu COMSOL Multiphysics. Uspořádání molekul elektrolytu u horního hradla a efekt tohoto uspořádání na jeho kapacitu jsou studovány prostřednictvím definování netriviálních průběhů dielektrické funkce v kapce elektrolytu ve vytvořeném modelu biosenzoru. Dále je studováno rozložení a homogenita magnetického pole v oblasti pozice Hallovy sondy při jejím testování. Vlivy držáků magnetů, příčného vychýlení, jejich vzdálenosti a teploty jsou parametry vůči nimž se vyhodnocují vlastnosti pole.
|
|
|
Local oxidation of graphene using atomic force microscopy
Vymazal, Jan ; Špaček, Ondřej (referee) ; Bartošík, Miroslav (advisor)
This bachelor’s thesis aims to local anodic oxidation (LAO) using atomic force microscopy. Local anodic oxidation appers like promising method for preparing prototypes of graphene nanostructures. It may be utilised in fabrication of nanoelectronics, biosensors or Hall pro bes. Modified graphene is studied using atomic force microscopy (measuring topography, KPFM) and Raman spectroscopy. This work is studying influence of the loading force, number of layers and the substate on the result of LAO.
|
|
|
Preparation of graphene membranes
Novotný, Adam ; Bartošík, Miroslav (referee) ; Mach, Jindřich (advisor)
This bachelor thesis focuses on the preparation of graphene membranes and their modification by hydrogen beam. Graphene appears to be a suitable material for functional devices, but its capabilities may be limited by the influence of the substrate. In the first part, the basic properties of graphene, membranes and graphene functionalized with hydrogen are initialy introduced. In the second part, membrane preparations on SiO2 and TEM grids are described. Subsequently, they are characterized and the grids are hydrogenated. Finally, the hydrogen coverage of graphene is measured by Raman spectroscopy.
|
|
|
Development and fabrication of graphene Hall probes
Supalová, Linda ; Červenka, Jiří (referee) ; Bartošík, Miroslav (advisor)
Pokrok v inženýrství a technologiích vytvořil zájem o stabilní detektory magnetického pole schopné operovat v širokém rozsahu teplot. Senzory založené na Hallově jevu a obří magnetorezistenci jsou nejčastěji využívaná zařízení k neinvazivnímu měření statických i dynamických magnetických polí v reálném čase. Aplikace zařízení na bázi Hallova jevu zahrnují například lineární senzory magnetického pole, gyrátory, rychlostní a směrové senzory, elektrické kompasy a senzory proudu, v oblastech sahajících od výroby, automobilového a kosmického průmyslu po komunikační systémy. Nicméně současné materiály využívané v Hallových sondách (především III-V polovodiče jako InSb nebo GaAs) mají potíže s teplotní stabilitou. V této práci se zabýváme výrobou Hallových sond založených na grafénu a jejich testováním za zvýšených teplot. Úspěšně jsme vyrobili grafénové Hallovy sondy v uspořádání polem řízeného tranzistoru pomocí standartních výrobních metod jako litografie a depozice tenkých vrstev. Volba uspořádání polem řízeného tranzistoru nám umožňuje naplno využít vynikajících elektrických vlastností grafénu při testování těchto Hallových sond v rozmezí od pokojové teploty až do 200°C. Naše výsledky ukazují, že zvyšování teploty nezpůsobuje zásadní zhoršení výkonnosti grafénových Hallových sond i při teplotách nad 150°C. Tato práce otevírá dveře pro další výzkum chování grafénových Hallových sond za zvýšené teploty s důrazem na porozumění externích faktorů, které ovlivňují výkonnost takového senzoru při využití v normálních podmínkách.
|
|
|
The oxygen modification of the graphene structures for biosensors
Mikerásek, Vojtěch ; Bartošík, Miroslav (referee) ; Mach, Jindřich (advisor)
The bachelor thesis deals with the modification of CVD graphene by oxygen atoms. The theoretical part describe the structure of graphene oxide and its physical properties. Methods of production of this material and its use in biosensors are also described. The practical part describes the preparation of monolayer graphene on a silicon wafer. The main attention was paid to the oxidation of graphene by atomic oxygen and its modification in oxygen plasma. The samples were measured during process of oxidation at individual time intervals using XPS.
|
|
| |
|
|
First-principles studies of the electronic and structural properties of Lead Zirconate Titanate (PZT)
Planer, Jakub ; Friák, Martin (referee) ; Bartošík, Miroslav (advisor)
This work is focused on Density Functional Theory (DFT) calculations of oxygen vacancy diffusion barriers in mixed perovskite lead zirconate titanate and its pure counterparts. We found out that barrier heights are different in lead titanate and lead zirconate caused by the different localization of the excess electrons due to the oxygen vacancy formation. Diffusion barriers were also determined for titanium-rich mixed phases and compared to experimental values. This work contributes to clarify unusually low experimentally measured diffusion coefficients in PZT. We found out that the induced vacancy states are forming localized bonds to the lead atoms which causes the oxygen vacancies to become immobile due to the increase of the activation energy of the diffusion process.
|
guest ::
