S Rutherfordem na grafen

Instituce: Vysoké učení technické v Brně
Fakulta/ústav: Středoevropský technologický institut
Další údaje o pracovišti: Ústav fyzikálního inženýrství
Lektoři: doc. Ing. Stanislav Průša, Ph.D.

Popis:

Grafen – jedinečné uspořádání atomů uhlíku nabízí velmi zajímavé a rozmanité spektrum vlastností, které posouvají hranice v mnoha oborech lidské činnosti. Grafen často slibuje i kvalitativně nové aplikace. Řada těchto příslibů a odhadů vychází z vlastností čistého a bezchybně uspořádaného grafenu. Realita je však často jiná. Již samotná výroba grafenu je obtížná a v průmyslovém měřítku zatím není zvládnutelná. Reálný grafen trpí řadou druhů poruch a kontaminací, která zpravidla degradují, nebo alespoň výrazným způsobem omezují jeho využití. Naopak některé tipy dotování (kyslíkem, gáliem atd.) mohou vlastnosti grafenu modifikovat rozšiřují jeho aplikační spektrum. Je tedy velice důležité na začátku cesty grafenu ke komerčnímu využití znát reálnou kvalitu tohoto materiálu. Je tomu více jak sto deset let, kdy fyzik Ernest Rutherford zahájil řadu pečlivých experimentů s rozptylem alfa částic na tenkých kovových fóliích. Výsledkem bylo tehdy velmi překvapivé odhalení atomové struktury - koncentrace velké části hmoty atomu v jeho malém jádru. Rutherford byl při svých experimentech odkázán na zdroje alfa částic pocházející z radioaktivního rozpadu. V dnešní době umíme připravit vhodné svazky projektilů pomocí iontových zdrojů a urychlovačů. Jednou z moderních metod, které se z původní Rutherfordovy myšlenky vyvinuly je i metoda LEIS (Low Energy Ion Scattering). Rozptyl iontů s kinetickou energií odpovídající jednotkám keV umožňuje studovat nejsvrchnější atomové vrstvy vzorků pevných látek s neobyčejnou přesností. Zdá se, že metoda LEIS je tedy velice vhodným nástrojem pro zkoumání grafenu a jeho defektů, kontaminací nebo dopování jinými prvky. Svůj potenciál již nastínila a potvrdila i publikačním výstupem na titulní stránce vědeckého časopisu. Navrhované téma práce SOČ nabízí studium růst grafenu na površích kovových vzorků pomocí metody LEIS, detekce jeho vad a kontaminací a monitorování dopovaní grafenu jinými prvky. Součástí práce bude také růst grafenových vrstev pomocí metody CVD (Chemical Vapor Deposition). Student bude muset zvládnout kinematiku rozptylu (srážky) iontového projektilu na jádru atomu tvořícího povrch, který ale v základním přiblížení odpovídá pružné srážce dvou pevných koulí. Dále bude vyškolen v přípravě CVD grafenu a v jeho přenosu na zvolený substrát. Podstatnou část bude tvořit samostatná experimentální činnost na komerčním zařízení Qtac 100 (www.IONTOF.com). Řešení projektu tedy vyžaduje především experimentální zručnost a znalost zákonů zachování kinetické energie a hybnosti při pružných srážkách. Projekt bude řešen v laboratořích CEITEC VUT (ulice Purkyňova 656/123). Frekvence a načasování návštěv v laboratořích budou stanoveny operativně dle dohody a aktuálních možností obou zúčastněných stran.