prof. RNDr. Bohuslav Rezek, Ph.D.

Polovodičové nanomateriály jsou intenzivně studovány s ohledem na nové funkční mechanismy a principy pro širokou škálu aplikací od kvantové elektroniky a optoelektronických zařízení po přeměnu energie, katalýzu a biosenzory. Povrchové atomy, chemické skupiny a interakce povrchů s organickými molekulami vedou ke vzniku nových elektronických vlastností a jevů (jako je LDOS, polarizace, přenos náboje nebo excitace), které jsou pro tyto aplikace klíčové. Cílem této doktorské práce je zkoumat strukturní a elektronické vlastnosti vybraných polovodičových nanomateriálů a struktur s funkčními atomovými centry, povrchovými chemickými skupinami a adsorbovanými molekulami pomocí výpočetních simulací. Pomůže nám vysvětlit dostupná experimentální mikroskopická, elektronická a spektroskopická data a poskytne předpovědi pro další experimenty a návrhy funkčních zařízení. Podle konkrétního zájmu doktoranda a směru našeho výzkumu bude vlastní práce zaměřena na nanostruktury na bázi ZnO, diamantu nebo grafénu s proteiny, organickými barvivy a dalšími zajímavými molekulami. Simulace budou založeny na vhodných atomistických modelech a vhodné úrovni teorie (DFT, DFTB, TDDFT, MD, FF) s využitím různých softwarových balíků (vč. licencí na QuantumATK a Gaussian) běžících na vyhrazených vysoce výkonných pracovních stanicích nebo prostřednictvím přístupu k výpočetním klastrům (CVUT, Metacentrum). Práce je součástí našich výzkumných projektů a mezinárodní spolupráce.

Nanočástice a nanokrystaly se v posledních letech intenzivně zkoumají pro potřeby elektroniky, opto-elektronických prvků a bio-senzorů. Při těchto aplikacích hraje významnou roli elektrický potenciál nanočástic a jeho změny na základě působení okolního prostředí. Cílem této práce je především vybudování metody a následné charakterizace lokálního elektrostatického potenciálu nanočástic (křemíku, diamantu, zlata) s časovým rozlišením pomocí technik rastrovací hrotové mikroskopie (AFM/KPFM). V pozdější fázi budou případně zkoumány časově rozlišené opto-elektronické jevy v modifikovaných nanočásticích. Výhodou jsou znalosti uchazeče v oboru elektroniky a/nebo fyziky pevných látek.

Diamant jako materiál se v posledních letech intenzivně zkoumá z hlediska nových jevů pro potřeby elektroniky, opto-elektronických prvků a bio-senzorů. Předmětem této práce je především modifikace a charakterizace diamantových nanokrystalických tenkých vrstev v kombinaci s dalšími materiály (křemík, zlato, grafén, apod.). Bude zkoumán vliv složení a uspořádání kompozitního materiálu včetně povrchových chemických modifikací na elektronově-transportní a případně plasmonické vlastnosti. Cílem je využití pro nové, vysoce citlivé chemické senzory. Při této práci budou využity plazmatické metody po modifikaci povrchů, různé techniky rastrovací hrotové mikroskopie (AFM/KPFM/CAFM), Ramanovské mikro-spektroskopie, impedanční spektroskopie a další elektronická měření. V pozdější fázi práce budou případně zkoumány elektronické interakce s molekulami různých látek. Práce má převážně experimentální charakter (je však možné také zapojení výpočetních metod). Výhodou jsou znalosti uchazeče v oboru elektroniky a fyziky pevných látek.

Elektrochemické biosenzory jsou široce studovanou a používanou technologií díky své rychlé analýze, vysoké citlivosti, specifičnosti, miniaturizaci a přijatelným nákladům. Specifičnosti se dosahuje specifickými chemickými reakcemi elektrody s analytem nebo prostřednictvím funkcionalizace elektrody bioreceptory, jako jsou protilátky. V obou případech jsou klíčovými mechanismy ovlivňujícími citlivost biosenzoru adsorpce analytu na elektrodu a jeho vliv na přenos elektronů. Použití nanomateriálů, zejména na bázi uhlíku, se intenzivně zkoumá za účelem posílení těchto mechanismů zvětšením plochy elektrody, její nanostrukturou a pro zkoumání nových specifických reakcí a cest přenosu náboje. Vzhledem k zájmu doktoranda a směru našeho výzkumu bude vlastní doktorandská práce zaměřena na studium elektrochemických imunosenzorů založených na elektrodových platformách modifikovaných nanodiamanty různých typů, uhlíkovými nanostěnami nebo kovovými nanočásticemi pro detekci molekulárních biomarkerů aktuálního zájmu, jako je stres, rakovina nebo kvalita potravin. Práce je zaměřena na výrobu těchto senzorů a analýzu jejich strukturních, chemických a elektronických vlastností a funkcí. Bude zkoumat různé strategie propojení (EDC-NHS, PA) a synergické účinky použitých materiálů a struktur. Analýzy budou zahrnovat především elektrochemické metody (CV, DPV) doplněné o elektrická měření (vodivost, impedance), spektroskopii (Raman, FTIR, QCM) a mikroskopii (SEM, AFM, KPFM, PL). Práce je součástí našich výzkumných projektů a širší mezinárodní spolupráce.

Diamant s příměsemi křemíku a dalších prvků představuje aktuálně intenzivně zkoumaný materiál pro využití v optoelektronice, kvantové komunikaci i biomedicíně díky unikátním optickým vlastnostem. Pro řadu těchto aplikací je podstatné řízení vlastností a prostorové rozmístění opticky aktivních struktur na podložce. Součástí této práce je podíl na návrhu a vytváření takovýchto struktur na mikroskopické úrovni pomocí vybraných litografických a plazmatických metod s využítím zejména křemíku jako opticky aktivního centra v diamantu. Vzorky budou charakterizovány zejména metodami AFM, elektronové mikroskopie (SEM) a Ramanovské a fotoluminescenční spektroskopie a mikro-spektroskopie, včetně případného využití moderní mikroskopie v blízkém poli (SNOM). Bude také zkoumán vliv chemické modifikace povrchu (od jednoduchých atomárních skupin po organické molekuly a molekuly vody) na optické vlastnosti diamantových struktur. Výhodou jsou znalosti uchazeče v oboru fyziky a optiky.

Diamant s příměsemi křemíku a dalších prvků představuje aktuálně intenzivně zkoumaný materiál pro využití v optoelektronice, kvantové komunikaci i biomedicíně díky unikátním optickým vlastnostem. Pro řadu těchto aplikací je podstatné řízení vlastností a prostorové rozmístění opticky aktivních struktur na podložce. Součástí této práce je podíl na návrhu a vytváření takovýchto struktur na mikroskopické úrovni pomocí vybraných litografických a plazmatických metod s využítím zejména křemíku jako opticky aktivního centra v diamantu. Vzorky budou charakterizovány zejména metodami AFM, elektronové mikroskopie (SEM) a Ramanovské a fotoluminescenční spektroskopie a mikro-spektroskopie, včetně případného využití moderní mikroskopie v blízkém poli (SNOM). Bude také zkoumán vliv chemické modifikace povrchu (od jednoduchých atomárních skupin po organické molekuly a molekuly vody) na optické vlastnosti diamantových struktur. Výhodou jsou znalosti uchazeče v oboru fyziky a optiky.

Diamant jako materiál se v posledních letech intenzivně zkoumá z hlediska nových jevů pro potřeby elektroniky, opto-elektronických prvků a bio-senzorů. Cílem této práce je charakterizace a cílená modifikace diamantových nanostruktur a nanočástic konjugovanými systémy organických barviv jako polypyrol a polyanilín. Dosud získané zkušenosti se syntézou organických barviv na diamantových substrátech, kdy následně dochází např. k účinné disociaci excitonů v barvivech či extrakci nosičů náboje přes hranice zrn v diamantu, budou základem pro vytváření a studium systému nanočástice-barvivo. Při této práci budou využívány zejména mokré a plazmové chemické procesy, optická a elektronová spektroskopie (XPS), elektronová mikroskopie (SEM), mikroskopie atomárních sil (AFM) a rozptyl světla (DLS). V pozdější fázi budou případně zkoumány opto-elektronické jevy v modifikovaných nanočásticích. Výhodou jsou znalosti uchazeče v oboru fyziky a/nebo chemie.