Schválené projekty 2015

Rozdělení přidělené dotace z MŠMT na specifický vysokoškolský výzkum po fakultách se zohledněním celoškolských pracovišť na rok 2015

Celková přidělená částka z MŠMT na specifický vysokoškolský výzkum na VŠB-TUO - 52 908 039 Kč

Z toho 2.5% - 1 320 739 Kč - úhrada způsobilých nákladů spojených s organizací SGS

fakultapřidělená částka v Kč
FBI  1 172 500
EKF  4 962 700
FAST  3 070 000
FS  8 256 000
FEI 12 282 100
HGF  5 433 000
FMMI  6 188 000
VC 10 223 000
CELKEM 51 587 300
KódSP2015/66
Název projektuSpektroskopie v terahertzové a infračervené oblasti, a elipsometrie materiálů pro magnetooptiku
ŘešitelMičica Martin Ing.
Školitel projektudoc. Dr. Mgr. Kamil Postava<br />
Období řešení projektu01.01.2015 - 31.12.2015
Předmět výzkumuTerahertzové (THz) záření je elektromagnetické záření s frekvencí mezi 100 GHz a 10 THz, vyplňující mezeru mezi elektronickou gigahertzovou a optickou infračervenou spektrální oblastí. Tvoří tedy most mezi fotonikou (optikou) a elektronikou. Tato spektrální oblast byla po dlouhou dobu nevyužita z důvodu absence vhodných zdrojů a detektorů. Díky technologickému pokroku, zejména vývoji pulsních femtosekundových laserů, jsou v poslední době vyvíjeny spolehlivé zdroje a detektory schopné s tímto zářením pracovat. Unikátní vlastnosti terahertzového záření vyvolávají zájem o tuto slabě prozkoumanou část elektromagnetického spektra a podněcují další výzkum a vývoj THz zařízení, prvků a komponent.
Terahertzové záření je pro oko neviditelné, má tepelné projevy pocházející z daleké infračervené oblasti, dokáže penetrovat většinu dielektrických materiálů, je absorbováno kovy a polárními kapalinami. V plynech nastávají molekulární rotace, v kapalinách dochází k rotačním pohybům a u krystalů vznikají fonony v krystalické mřížce. Při interakci s některými látkami je možné pozorovat vibrace molekulárních vazeb díky čemu je tato oblast vhodná i na studium organických sloučenin. Zájem o terahertzové záření pochází z široké oblasti aplikací, například v biomedicíně, v biochemii v oblasti bezpečnosti při detekci předmětů a nebezpečných látek, ale také v materiálové fyzice a optice na studium vlastností látek.
Terahertzová spektroskopie s rozlišením v časové doméně (THz-TDS) se ukázala jako rychlá a spolehlivá metoda. Základem je pulsní laser s délkou pulsu kratší než 100 femtosekund, pracující v blízké infračervené oblasti. Laserový puls je polopropustným zrcadlem rozdělen na dvě části. Prvním svazkem se vybudí zdroj, který následně vyzáří THz puls. Druhá část prochází zpožďovací linkou a aktivuje detektor, který v daném okamžiku změří velikost elektrického pole. Díky různému zpoždění jsme schopní naměřit aktuální průběh elektrického pole v čase. Následným použitím rychlé Fourierovy transformace můžeme získat nejen amplitudová spektra, ale na rozdíl od jiných metod, také fázová spektra. Díky tomu jsme schopni stanovit komplexní dielektrickou funkci studovaného materiálu z jednoho transmisního, reflexního nebo ATR měření.
Pro měření na horní hranici terahertzové spektrální oblasti je možné také využít dalekou infračervenou spektroskopii s Fourierovou transformací (FTIR). Jedná se o známou metodu s použitím tepelného zdroje a s využitím interferometru pro detekci inteferogramu. Na rozdíl od THz-TDS je při FTIR možné z naměřeného interferogramu získat pomocí Fourierově transformace pouze informace o intenzitě záření a proto je na získaní komplexní dielektrické funkce nutné použít Kramers-Krönigovy relace.
Současný rozvoj THz technologie vyžaduje vývoj nových kompaktních pevnolátkových THz laserů a optických izolátorů, které zabraňují zpětným reflexím a umožňují stabilní laserové zesílení. Projekt je zaměřen na studium nových THz materiálů pracujících jednak jako aktivní prostředí THz laserů (vykazujících úzké přechody v THz a rovněž infračervené oblasti pro emisi a čerpání) a také materiálů s magnetooptickou nereciprocitou pro izolátorové aplikace a modelování nereciprokých efektů v mřížkových plazmonických strukturách. V rámci projektu budou studovány molekulární krystaly (sacharóza a pod.), magnetooptické hexaferity a dielektrické polymery. Měření metodou THz-TDS budou provádena na přístroji TeraView TPS Spectra 3000 s rozsahem 60 GHz až 3 THz, doplněná měřením v daleké infračervené oblasti na spektrometru Bruker Vertex 70v a také na elipsometru RC2 Woollam.
Návrh projektu je podáván v rámci doktorského studia odpovědného řešitele Ing. Martina Mičicy zabývajícího se THz spektroskopií a dosažené výsledky budou použity na další výzkum v této oblasti. Výsledky budou konzultovány s Dr. M. Vanwolleghemem z pracoviště Institut d'Electronique, Microelectronique et Nanotechnologie, Université Lille 1 ve Francii. Zároveň bude připravována smlouva mezi univerzitami o dvojím vedení doktorského studia navrhovatele projektu. Elipsometrická měření budou prováděna v rámci bakalářské práce studenta oboru Nanotechnologie Jiřího Dědka (vedoucím bakalářské práce je Ing. Lukáš Halagačka, Ph.D.). V rámci projektu bude vedena diplomová práce studentky Bc. Ľubomíry Michalíkové.
Členové řešitelského týmuBc. Jiří Dědek
Ing. Lukáš Halagačka, Ph.D.
Ing. Martin Mičica
doc. Dr. Mgr. Kamil Postava
Specifikace výstupů projektu (cíl projektu)Cílem projektu je vývoj nových metod THz spektroskopie, realizace měření, zpracování a interpretace získaných spektroskopických dat. Dále budou vyvíjeny nové metody pro měření magnetoopticky aktivních materiálů, molekulárních krystalů a jejich využití.
Projekt je zaměřen na řešení následujících cílů:
- Vývoj elipsometrických metod vhodných pro studium materiálů aktivních v THz oblasti pomoci THz-TDS s využitím optických polarizačních prvků a metody budou rozšířeny o magnetooptických jevů v materiálech.
- Měření a zpracování naměřených dat. Samotná příprava a postup měření mohou výrazně ovlivňovat získaná data, minimalizovat šum a artefakty způsobené použitou metodou. Zpracování dat hraje také důležitou roli pro správnou charakterizaci studovaných materiálů a stanovení jejich komplexní dielektrických funkcí.
- Studium materiálů v THz oblasti pomocí vyvinutých metod – hexaferity BaFe12O19 a SrFe12O19 u kterých je předpoklad vlivu magnetooptické aktivity z nižších frekvencí zasahující do THz oblasti, polymer Topas (obchodní název) s nízkými absorpcemi vhodný pro THz optiku a vlnovody a organické sloučeniny, konkrétně sacharidy a jiné molekulární krystaly.
Cíle jsou shrnuty v následujících bodech:
Do července 2015:
- Měření vzorků v transmisi, reflexi a ATR konfiguraci, vývoj nového držáku vzorku
- Zpracování naměřených dat, fitování parametrů a určení komplexních dielektrických funkcí studovaných materiálů
- Měření, zpracování a modelování vzorků Topasu a molekulárních krystalů
- Prezentace výsledků na konferenci SPIE Optics + Optoelectronics 2015 a publikace (odeslaný abstrakt)
Do prosince 2015:
- Vývoj metody měření magnetooptických spekter v THz oblasti, vývoj magnetu pro magnetooptické měření
- Měření THz spekter hexaferitů a jejich magnetooptické aktivity, vyhodnocení příspěvku tensoru permeability
- Prezentace výsledků a účast na konferenci ICOM 2015 (The 4th International Conference on the Physics of Optical Materials and Devices), publikace v časopise Optical Materials
- Publikace výsledků v impaktovaných časopisech

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. Stipendia32000,-30000,-
3. Materiálové náklady18000,-37606,-
4. Drobný hmotný a nehmotný majetek20000,-0,-
5. Služby30300,-38528,-
6. Cestovní náhrady32000,-28866,-
7. Doplňkové (režijní) náklady max. do výše 10% poskytnuté podpory14700,-12000,-
8. Konference pořádané VŠB-TUO k prezentaci výsledků studentského grantu (max. do výše 10% poskytnuté podpory)0,-0,-
9. Pořízení investic0,-0,-
Plánované náklady147000,-
Uznané náklady147000,-
Celkem běžné finanční prostředky147000,-147000,-