Detail předmětu
Povrchy a tenké vrstvy
FSI-T1T-A Ak. rok: 2025/2026 Zimní semestr
Přednáška je úvodním kursem série předmětů zabývajících se studiem fyzikální problematiky dvourozměrných struktur – povrchů a rozhraní a tenkých vrstev. Úvodní část přednášky je věnována problematice "čistých" povrchů: technologii přípravy povrchů a rozhraní, jejich morfologii a struktuře, stručnému popisu kmitů dvourozměrných mřížek a elektronové struktury povrchů. Následující část se zaměřuje na interakci povrchů (rozhraní) s okolním prostředím a odpovídající změny jejich fyzikálních vlastností: rozptyl částic na povrchu pevné látky, kinetiku a dynamiku elementárních procesů na povrchu (rozhraní) – adsorbci, difúzi, desorbci a odprašování. Závěrečná část přednášky pojednává o reakcích na povrchu pevných látek (heterogenní katalýza), mechanismech růstu tenkých vrstev, vlastnostech a aplikacích tenkých vrstev (s vyjímkou optických vlastností).
Jazyk výuky
angličtina
Počet kreditů
6
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
Vstupní znalosti
Atomová fyzika, fyzika pevných látek, kvantová fyzika, statistická fyzika a termodynamika, vakuová fyzika a technologie.
Pravidla hodnocení a ukončení předmětu
Cvičení, skládající se z jednotlivých panelů, připravených podle doporučené literatury samostatně studenty, jsou povinná. U zkoušky bude brán zřetel na výsledky cvičení, povolená je při přípravě literatura, ústní část probíhá formou diskuse nad přípravenou oblastí fyziky povrchů a rozhraní.
Účast ve cvičení dle rozvrhu je kontrolována vyučujícím. Způsob náhrady zmeškané výuky stanoví vyučující.
Učební cíle
V přednášce je věnována pozornost experimentálním metodám analýzy a měření vlastností povrchů. Cílem je seznámit uchazeče se základními trendy v bouřlivě se rozvíjejícím odvětví moderní fyziky.
Student po absolvování kursu získá přehled o základních jevech na povrchu pevné látky při tvorbě tenkých vrstev,
jakož i přehled o základních analytických metodách studia povrchů a tenkých vrstev.
Použití předmětu ve studijních plánech
Program N-FIN-P: Fyzikální inženýrství a nanotechnologie, magisterský navazující, povinný
Typ (způsob) výuky
Přednáška
26 hod., nepovinná
Osnova
I. Fyzika dvourozměrných struktur (povrchů a rozhraní) a tenkých vrstev – definice a význam.
II. Příprava povrchů a rozhraní definovaných vlastností: Nutná podmínka – ultravakuum (UV), metody přípravy (štípání nebo lámání v UV, iontové bombardování a žíhání vzorku, napařování a molek. svazková epitaxe (MBE), epitaxe použitím chemických reakcí a jiné metody), kontrola kvality povrchu. III. Morfologie a struktura povrchů a přechodů: Povrchové napětí a makroskopický tvar, relaxace, rekonstrukce a defekty, fázové přechody, dvoudimenzionální mřížka, superstruktura a reciproká mřížka, strukturální modely pevná látka/rozhraní.
IV. Kmity dvourozměrných mřížek a elektronová struktura povrchů: Elementární excitace, Výstupní práce a metody jejího měření,
povrchové stavy a zahnutí pásů na povrchu/rozhraní.
V. Rozptyl na povrchu pevné látky: Kinematická teorie rozptylu na povrchu pevné látky a její aplikace pro LEED, dynamická teorie LEEDu a strukturální analýza, nepružný rozptyl na povrchu pevné látky, klasické přiblížení teorie rozptylu.
VI. Interakce povrchu/rozhraní s prostředím: Fyzisorbce, chemisorbce, 2D-fázové přechody, změna výstupní práce vlivem adsorbce, přenos energie na povrchu pevné látky, kinetika a dynamika elementárních procesů na povrchu – adsorbce, difúze, desorbce, odprašování.
VII. Povrchové reakce a růst tenkých vrstev: Katalýza, nukleace a růst tenkých vrstev, studium růstu vrstev in situ. Vlastnosti tenkých vrstev:
VIII. Mechanické vlastnosti, elektrické a magnetické vlastnosti, (optické
vlastnosti).
IX. Aplikace tenkých vrstev: Zdokonalování mechanických vlastností a ochrana materiálů, aplikace T.V. v elektronice a mikroelektronice, aplikace v optice, optoelektronice a integrované optice).
Cvičení
26 hod., povinná
Osnova
Panel I: AES, SIMS.
Panel II: EELS
Panel III: XPS/UPS
Panel IV: LEED/RHEED.
Panel V: RBS/LEIS.
Panel VI: Analýza založená na desorbci plynů z povrchu.
Panel VII: SEM a STM/AFM.
Panel VIII: SEXATS.