Schválené projekty 2013

Rozdělení přidělené dotace z MŠMT na specifický vysokoškolský výzkum po fakultách se zohledněním celoškolských pracovišť na rok 2013

Celková přidělená částka z MŠMT na specifický vysokoškolský výzkum na VŠB-TUO - 50 297 tis.Kč

Z toho 2.5%  - 1 257 425 Kč - úhrada způsobilých nákladů spojených s organizací SGS

fakultačástka v tis. Kč
FBI 1 384
EKF 5 219
FAST 3 132
FS 11 112
FEI 12 608
HGF 7 091
FMMI 7 130
CNT 1 363
CELKEM 49 039

Rezerva 575,- Kč
825,- Kč Fond účelových prostředků (nevyčerpaná rezerva z roku 2012)

KódSP2013/165
Název projektuModelování harmonicky modulovaných nanomřížek a spektroskopických dat
ŘešitelChochol Jan Ing.
Školitel projektudoc. Dr. Mgr. Kamil Postava<br />
Období řešení projektu01.01.2013 - 31.12.2013
Předmět výzkumuNanovrstvy a nanomřížky jsou základním kamenem výzkumu a aplikací v oblasti nanotechnologií, polovodičů, komunikací, senzorů a informačních technologií. K jejich zkoumání se využívá řada spektroskopických technik, každá se svými výhodami a omezeními. Pro studium, pochopení, návrhu a následnou aplikaci těchto struktur, je nutné umět takovéto struktury modelovat, se všemi efekty, které v dané struktuře vznikají.
Modelování se provádí pomocí maticového formalismu [1]. Pro výpočet periodických struktur (mřížek) se používá Metoda vázaných vln (Rigorous coupled wave analysis, RCWA) [2,3]. Tato metoda je úspěšně používaná pro modelování lamelárních i 2D periodických struktur, kde se materiálové vlastnosti mění skokově. Zajímavější případ je, pokud se rozhodneme studovat struktury, kde je změna sice stále periodická, ale ne již skoková, nýbrž harmonicky modulovaná – kopíruje průběh funkce sinus. Taková situace může buď nastat samotným tvarem struktury (objemové holografické mřížky) nebo šířením fononové nebo magnonové (spinová) vlny. Fononová vlna se dá chápat jako kmity krystalové mřížky a magnonová jako kmity magnetických momentů. Pro měření těchto jevů se dá využít několik metod, předně je to BLS – Brillouin light scattering (Brillouinovský rozptyl světla) a časově závislá měření – pump-probe experimenty. BLS nám dává informace ve spektrální oblasti, zatímco pump-probe nám poskytuje informace o dynamice magnetizace. Klasické modely zde vycházejí zejména z aproximace ultratenkými vrstvami, pomocí mezivrstevné magnetické interakce [4,5]. Novým přístupem, jak tvořit modely je právě RCWA, kde dynamickou změnu budeme brát jako mřížku s harmonickým průběhem.
Při znalostech modelování vrstevnatých a periodických struktur je nasnadě tyto informace aplikovat při zpracovávání spektroskopických dat. Předně to jsou data z elipsometru (blízké ultrafialové, viditelné až blízké infračervené) a infračerveného spektroskopu, kde bude důraz na oblast vzdálené infračerveného světla a její možnosti a rozšíření (elipsometrie v této oblasti, popř. THz spektroskopie) [6]. Informace z měření budou mimo jiné použity i k popisování chování plasmonové excitace v polovodičích.

[1] D. W. Berreman, "Optics in Stratified and Anisotropic Media: 4 × 4-Matrix Formulation," J. Opt. Soc. Am. 62, 502-510 (1972)
[2] S. Mori, K. Mukai, J. Yamakita, and K. Rokushima, “Analysis of dielectric lamellar
gratings coated with anisotropic layers,” J. Opt. Soc. Am. A 7, 1661–1665 (1990).
[3] M. Neviere and E. Popov, Light propagation in periodic media, New York, Marcel
Dekker 2003.
[4] Buchmeier, M., H. Dassow, D. Burgler a C. Schneider. Intensity of Brillouin light scattering from spin waves in magnetic multilayers with noncollinear spin configurations: Theory and experiment. Physical Review B. 2007, roč. 75, č. 18, s. -. Dostupné z: http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevB.75.184436
[5] J. Hamrle, J. Pištora, B. Hillebrands, B. Lenk, and M. Munzenberg,Analyticalexpression
of the magneto-optical Kerr effect and Brillouin light scattering intensity arising from
dynamic magnetization, J. Phys. D: Appl. Phys. 43 (2010) 325004.
[6] LEE, Yun-Shik. Principles of terahertz science and technology. 1st ed. New York, NY: Springer, 2008, p. cm. ISBN 978-038-7095-400.
Členové řešitelského týmuIng. Jan Chochol
doc. Dr. Mgr. Kamil Postava
Specifikace výstupů projektu (cíl projektu)Pro modelování bude používán 4×4 maticový formalismus, vycházející z řešení Maxwellových rovnic a jeho zobecnění na periodické struktury. Ten nám umožňuje modelovat vrstvy s libovolnou anizotropií, což je potřeba u složitějších vzorků a efektů (např. magnetooptické jevy). Pro řešení mřížek je tento přístup rozšířen o rozvoj dané mřížky pomocí Fourierova rozvoje. Konvergence řešení u vyšších dufrakčních řádů se zlepšuje pomocí tzv. S-matic (scattering matrix). Nespornou výhodou toho algoritmu je, že dostáváme najednou informace o všech transmisních a reflexních koeficientech struktury, ve všech difrakčních řádech. Z daných koeficientů pak můžeme určovat vlastnosti vzorku, jako např. odrazivost, transmitance, tloušťky vrstev, dielektrické funkce či plasmonové excitace.

Cílem výzkumu jsou měření na polovodičích na elipsometru a FTIR a jejich vyhodnocování pomocí maticového formalismu, ověření předpokladů požití RCWA a namodelování žádaných situací (detailně rozepsáno v časovém harmonogramu).

Hlavním výstupem projektu bude publikace v časopise i IF a prezentace na konferencích Nanostrava 2013, Joint European Magnetic Symposia 2013 (Rhodos, Řecko), a na seminářích Nanobase.

Dále se předpokládá krátká návštěva (březen-duben) na Department of Electrical and Computer Engineering, Dalhousie University, Nova Scotia, Kanada, pro navázání bližší spolupráce a konzultace výzkumu na plasmonové excitaci.
Dále bude projekt využívat spolupráci pracovištěm BLS, Univerzity v Bialystoku, Polsko.


Časový harmonogram:
leden: Testy konvergence různých modelových problémů a určení numerické přesnosti algoritmu
únor: Srovnání modelu efektivního prostředí a mřížek s periodou výrazně menší než vlnová délka světla.
březen: Modelování plasmonů v polovodičích a tenkovrstevných strukturách
duben-květen: Výpočet Brillouinova rozptyly světla na vrstvě Fe s tepelnou magnonovou vlnou.
červen-červenec: Modelování kolimace světla na aparatuře BLS, difrakce do více úhlů, od více vln.
srpen: Studium difrakčních svazků u BLS mikroskopie.
září: Výpočet ztráty intenzity na nultém difrakčním svazku pro-pump probe experimenty.
říjen-prosinec: Vyhodnocování výsledků
průběžně: Měření na elipsometru a FTIR, fitování dat, publikace výsledků řešeného projektu

Rozpočet projektu - uznané náklady

NávrhSkutečnost
1. Osobní náklady
Z toho
0,-0,-
1.1. Mzdy (včetně pohyblivých složek)0,-0,-
1.2. Odvody pojistného na veřejné zdravotně pojištění a pojistného na sociální zabezpečení a příspěvku na státní politiku zaměstnanosti0,-0,-
2. Stipendia25000,-25000,-
3. Materiálové náklady15000,-34194,-
4. Drobný hmotný a nehmotný majetek3000,-2499,-
5. Služby25000,-12100,-
6. Cestovní náhrady45000,-39207,-
7. Doplňkové (režijní) náklady max. do výše 10% poskytnuté podpory10000,-10000,-
8. Konference pořádané VŠB-TUO k prezentaci výsledků studentského grantu (max. do výše 10% poskytnuté podpory)0,-0,-
9. Pořízení investic0,-0,-
Plánované náklady123000,-
Uznané náklady123000,-
Celkem běžné finanční prostředky123000,-123000,-