Nanotechnologie (FSI-9NTC)

Akademický rok 2020/2021
Garant: prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc.  
Garantující pracoviště: ÚFI všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: čeština či angličtina
Cíle předmětu:
Cílem je seznámení posluchače s technologickými metodami přípravy nanostruktur (nanosystémů i nanostrukturních materiálů), jakož i s jejich perspektivními aplikacemi.
Výstupy studia a kompetence:
Studenti získají přehled o aktuálním stav rychle se rozvíjejícího multidisciplinárního oboru nanotechnologií. V teoretické části získají přehled o historických základech a souvislostech oboru a fyzikálních principech a zákonitostech platných v „nanosvětě“. Seznámí se rovněž s technologickými metodami přípravy nanostruktur (nanosystémů i nanostrukturních materiálů), jakož i s jejich perspektivními aplikacemi.
V praktické části se posluchači seznámí s experimentálními metodami studia nanostruktur a povrchů, jakož i přípravou nanostruktur kombinací elektronové litografie, iontových technologií a metod rastrovací sondové mikroskopie, popř. i jinými metodami.
Prerekvizity:
Základní kurz fyziky, kvantová fyzika a fyzika pevných látek.
Obsah předmětu (anotace):
Předmět popisuje aktuální stav rychle se rozvíjejícího multidisciplinárního oboru nanotechnologií. V první teoretické části podává přehled o historických základech a souvislostech oboru, vysvětluje příčiny zájmu i význam nanotechnologií a nastiňuje fyzikální principy a zákonitosti platné v "nanosvětě". Seznamuje posluchače s technologickými metodami přípravy nanostruktur (nanosystémů i nanostrukturních materiálů), jakož i s jejich perspektivními aplikacemi.
V druhé, praktické části provádí posluchače experimentálními metodami studia nanostruktur a povrchů, jakož i přípravou nanostruktur kombinací elektronové litografie, iontových technologií a metod rastrovací sondové mikroskopie, popř. i jinými metodami.
Výuka probíhá formou seminářů a laboratorních cvičení za aktivní účasti doktorandů.
Metody vyučování:
Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny.
Způsob a kritéria hodnocení:
Hodnocení studenta bude zohledňovat jeho práci ve cvičení a výsledky diskuze nad zadanými tématy při zkoušce (k přípravě povoleny poznámky z přednášek).
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Výuka probíhá formou seminářů a laboratorních cvičení za aktivní účasti doktorandů. Přítomnost na cvičení je povinná a je sledována vyučujícím. Způsob nahrazení zmeškané výuky ve cvičení bude stanovena vyučujícím na základě rozsahu a obsahu zmeškané výuky.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  10 × 2 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška Studenti získají přehled o aktuálním stav rychle se rozvíjejícího multidisciplinárního oboru nanotechnologií. V teoretické části získají přehled o historických základech a souvislostech oboru a fyzikálních principech a zákonitostech platných v „nanosvětě“. Seznámí se rovněž s technologickými metodami přípravy nanostruktur (nanosystémů i nanostrukturních materiálů), jakož i s jejich perspektivními aplikacemi.
V praktické části se posluchači seznámí s experimentálními metodami studia nanostruktur a povrchů, jakož i přípravou nanostruktur kombinací elektronové litografie, iontových technologií a metod rastrovací sondové mikroskopie, popř. i jinými metodami.

I. Příprava nanostruktur
A) Bottom-up
1. Příprava 2D - 0D nanostruktur - metodami PVD,....
2. Chemická syntéza nanostrukturních anorganických materiálů
3. Chemická syntéza molekulárních struktur a nanovláken
B) Top - Down
Litografické metody

II. Vlastnosti nanostruktur
A) Kvantové zachycení
1. Elektronová struktura a hustota stavů 3D - 0D, aplikace v optoelektronice
2. Kvantové jámy a heterostruktury, 2D elektronový plyn
B) Transportní vlastnosti nanostruktur
Kvantování elektrické vodivosti (kvantový bodový kontakt), coulombická blokáda (Single Electron Transistor - SET)
Magnetické nanostruktury and spintronika

III. Experimental part
Příprava a analýza nanostruktur

IV. Aktuální problematika na základě studia původních článků.
Literatura - základní:
1. Nanotechnology, editor G. Timp, Springer-Verlag, New York 1999
2. J. H. Davies: The Physics of Low Dimensional Semiconductors, Cambridge University
3. P. Harrison: Quantum Wells, Wires and Dots, J. Wiley & Sons, Chichester, 1999.
4. D. K. Ferry, S. M. Goodnick: Transport in Nanostructures, Cambridge University Press 1997.
5. H. Lüth: Surfaces and Interfaces of Solids, Springer-Verlag, Berlin, 1993.
6. E. L. Wolf: Nanophysics and Nanotechnology. 2nd ed.. J. Wiley, 2006
7. D. Natelson: Nanostructures and Nannotechnology. Cambridge Univ. Press, 2015
8. G. Cao, Y. Wang: Nanostructures and nanometerials.2nd ed. World Sci. 2011.
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
D4F-P prezenční studium D-FMI Fyzikální a materiálové inženýrství F Fyzikální inženýrství drzk 0 Doporučený kurs 3 1 Z