|
|
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.
|
|
|
Dynamic in-situ experiments utilizing probe microscopy
Patočka, Marek ; Frank, Otakar (oponent) ; Kolíbal, Miroslav (vedoucí práce)
In this thesis, several case-studies of dynamic in-situ scanning probe microscopy experiments are presented. First, the electrodeposition of lithium in a solid state battery without a positive electrode is investigated. This experiment is followed by a similar measurement in which MXene particles are employed as a positive electrode material. The second part of the thesis deals with the graphene-on-liquid-metal system. An investigation into the presence of a meniscus surrounding the graphene flakes is presented.
|
|
|
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.
|
|
|
Studium stability hydrogenovaného grafenu
Dostál, Josef ; Švarc, Vojtěch (oponent) ; Konečný, Martin (vedoucí práce)
Tato bakalářská práce se zabývá studiem stability hydrogenovaného grafenu připraveného metodou chemické depozice z plynné fáze a následně hydrogenovaného pomocí zdroje atomárního vodíku. Takto připravený hydrogenovaný grafen je poté vystaven termálnímu žíhaní, UV záření a elektronovému svazku. Odolnost hydrogenovaného grafenu vůči těmto vlivům je posléze monitorována pomocí Ramanovy spektroskopie. Při termálním žíhání byla pozorována částečná dehydrogenace hydrogenovaného grafenu, zatímco u zbylých dvou metod nebyla dehydrogenace prokázána. U těchto dvou metod byla pozorována pouze postupná degradace hydrogenovaného grafenu. V případě UV záření byl pozorován jeho postupný rozklad, zatímco při exponování elektronovým svazkem docházelo k depozici amorfního uhlíku na jeho povrchu.
|
|
|
Properties of metal-organic networks on modified weakly-interacting substrates
Černá, Lenka ; Švec, Martin (oponent) ; Jakub, Zdeněk (vedoucí práce)
This thesis focuses on the synthesis and characterization of two-dimensional (2D) metal-organic frameworks (MOFs) on both traditional metal substrates and modified weakly interacting substrates, specifically intercalated graphene. The unique properties of 2D materials, such as mechanical flexibility, large surface area, and accessible active sites, make them attractive for various applications, including flexible electronics, catalysis, sensors, and gas separation. Although MOFs have potential applications in various fields, most MOFs are electrical insulators with low charge mobility, which limits their use in electronic devices. The first part of this thesis explores the synthesis of a promising conductive metal-organic system on Au(111) using low-temperature scanning tunneling microscopy (STM) and scanning tunneling spectroscopy (STS). The second part of the thesis investigates the synthesis of MOFs on a modified graphene substrate using STM, low energy electron microscopy (LEEM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and angle-resolved photoemission spectroscopy (ARPES). The results suggest that modification of the MOF support through intercalation can enable tuning of the charge transfer between the MOF and the support while preserving the structural integrity of the support-MOF interface. Overall, this work contributes to the understanding of the synthesis and characterization of 2D MOFs on both traditional metal substrates and modified graphene substrates.
|
|
|
Preparation and characterization of nanostructured III-V semiconductor materials
Maniš, Jaroslav ; Kostelník,, Petr (oponent) ; Hospodková,, Alice (oponent) ; Šikola, Tomáš (vedoucí práce)
The aim of the presented PhD thesis was to develop and analyze gallium nitride (GaN) nanostructures in three different forms. Firstly, three dimensional GaN nanocrystals prepared on graphene were studied from the perspective of the intrinsic crystal properties as well as growth statistics. Adopting the method of droplet epitaxy allowed the formation of such nanostructures at a low substrate temperature (T = 200°C). In order to demonstrate possible applications, the proof of concept of an UV sensitive device was designed and tested with the successful results and the great promise to the future work. Secondly, two dimensional GaN nanostructures were prepared on a pristine silicon surface also at low temperature (T = 200°C). Following experiments were focused on a study of a crystal structure and an elemental analysis as these structures have been observed for the first time. Two dimensional structures are promising candidates into the high power applications which are emerging in these days. Thus, preparation of such 2D GaN nanostructures serves as a solid foundation for the further research. Thirdly, one dimensional GaN horizontal nanowires were fabricated on different sapphire planes. The prepared nanowires provided adequate dataset for the subsequent data analysis related to the growth kinetics. Collected dataset was used for verification of the developed theoretical model of the nanowire growth. It has been shown that the theoretical model describes the growth of nanowires with great precision and, thus, provide a useful insight into the growth mechanisms.
|
|
|
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.
|
host ::
RSS.