|
|
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.
|
|
|
Dynamic in-situ experiments utilizing probe microscopy
Patočka, Marek ; Frank, Otakar (referee) ; Kolíbal, Miroslav (advisor)
V této práci je uvedeno několik případových studií dynamických in-situ experimentů s využitím skenovací sondové mikroskopie. Nejprve je zkoumána elektrodepozice lithia v baterii s pevným elektrolytem bez kladné elektrody. Na tento experiment navazuje obdobné měření, při kterém jsou jako materiál kladné elektrody použity částice MXene. Druhá část práce se zabývá grafenem plovoucím na kapalném kovu. Je zde prezentováno zkoumání přítomnosti menisku okolo grafenových vloček.
|
|
|
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.
|
|
|
Study of the stability of hydrogenated graphene
Dostál, Josef ; Švarc, Vojtěch (referee) ; Konečný, Martin (advisor)
This bachelor thesis deals with the study of the stability of hydrogenated graphene prepared by chemical vapour deposition and subsequently hydrogenated using an atomic hydrogen source. The hydrogenated graphene is then subjected to thermal annealing, UV irradiation and electron beam. The resistance of the hydrogenated graphene to these treatments is subsequently monitored by Raman spectroscopy. During the thermal annealing, partial dehydrogenation of the hydrogenated graphene was observed, whereas no dehydrogenation was observed for the other two methods. Only gradual degradation of hydrogenated graphene was observed for these two methods. In the case of UV irradiation, its gradual decomposition was observed, while electron beam exposure resulted in the deposition of amorphous carbon on its surface.
|
|
|
Properties of metal-organic networks on modified weakly-interacting substrates
Černá, Lenka ; Švec, Martin (referee) ; Jakub, Zdeněk (advisor)
Tato práce se zaměřuje na syntézu a charakterizaci dvourozměrných (2D) metal-organických sítí na tradičních kovových substrátech i na modifikovaných slabě interagujících substrátech, konkrétně na interkalovaném grafenu. Jedinečné vlastnosti 2D materiálů, jako je mechanická pružnost, velký měrný povrch a přístupná aktivní místa, je činí atraktivními pro různé aplikace, včetně flexibilní elektroniky, katalýzy, senzorů a separace plynů. Ačkoli metal-organické sítě mají potenciální využití v různých oblastech, většina z nich jsou elektrické izolátory s nízkou pohyblivostí náboje, což omezuje jejich použití v elektronických zařízeních. První část této práce se zabývá syntézou slibného vodivého metalo-organického systému na Au(111) a systém je zkoumán pomocí nízkoteplotní skenovací tunelovací mikroskopie (STM) a skenovací tunelovací spektroskopie (STS). Druhá část práce zkoumá syntézu metal-organických sítí na modifikovaném grafenovém substrátu pomocí STM, nízkoenergiové elektronové mikroskopie (LEEM), rentgenové fotoelektronové spektroskopie (XPS) a úhlově rozlišené fotoemisní spektroskopie (ARPES). Výsledky naznačují, že modifikace substrátu metal-organické sítě interkalací může umožnit vyladění přenosu náboje mezi metal-organickou sítí a substrátem a zároveň zachování strukturní integrity rozhraní. Celkově tato práce přispívá k pochopení syntézy a charakterizace 2D metal-organických sítí jak na tradičních kovových substrátech, tak na modifikovaných grafenových substrátech.
|
|
|
Preparation and characterization of nanostructured III-V semiconductor materials
Maniš, Jaroslav ; Kostelník,, Petr (referee) ; Hospodková,, Alice (referee) ; Šikola, Tomáš (advisor)
Předkládaná dizertační práce se zabývá výrobou a analýzou gallium nitridových (GaN) nanostruktur ve třech odlišných formách. V prvním případě byl zkoumám trojdimenzionální GaN ve formě nanokrystalů rostených na grafenu. Nanokrystaly byly připraveny s využitím techniky droplet epitaxy, která mimo jiné umožňuje růst nanostruktur za nízké teploty substrátu (T = 200°C). Studium se zaměřovalo jak na charakterizaci kvality připravených nanokrystalů, tak na statistický popis růstu. V dalším kroku byly připravené struktury využity pro výrobu fotodektoru citlivého na ultrafialové světlo. Výroba fotodektoru a jeho úspěšné použití slouží jako základ pro navazující výzkum. Ve druhém případě byly studovány dvoudimenzionální GaN nanostruktury, které byly rovněž připraveny za nízké teploty křemíkového substrátu. Následná analýza se soustředila na popis krystalové struktury a prvkovou analýzu, neboť byly takovéto struktury pozorovány vůbec poprvé. Další rozvoj možností přípravy těchto nanostruktur je předmětem navazujícího výzkumu. Ve třetím případě byly zkoumány jednodimenzionální GaN nanodráty připravené na safírovém substrátu. Účelem tohoto projektu bylo získání datasetu pro ověření teoretického modelu, který popisuje růst horizontálních nanodrátů. Na základě sběru a analýzy dat se podařilo modelovat růstovou dynamiku GaN nanodrátů, která byly v souladu s teoretickým modelem.
|
|
|
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.
|
guest ::
