Ústav fyzikálního inženýrství

1. Ústav fyzikálního inženýrství Technická 2896/2 616 69 Brno Tel.:+420 541 142 707 fax:+420 541 142 842 e-mail: sikola@fme.vutbr.cz web: physics.fme.vutbr.cz

2. Ústav fyzikálního inženýrství physics.fme.vutbr.cz Pracoviště ústavu • Odbor optiky a přesné mechaniky • Odbor povrchů a fyziky pevných látek • Odbor mikromechaniky materiálů a technické akustiky Pracovníci • profesorů – 7 • docentů – 7 • odborných asistentů – 11 • vědeckých asistentů – 13 • technických a administrativních pracovníků - 6

3. Ústav fyzikálního inženýrství Ústav fyzikálního inženýrství physics.fme.vutbr.cz Výuka • Základní kurzy fyziky v bakalářském a magisterském studiu: Fyzika I, Fyzika II, Fyzika pro profesní obory, Vybrané kapitoly z fyziky • Předměty ve studijních oborech Fyzikální inženýrství a Přesná mechanika a optika • Předměty z oblasti metrologie, zkušebnictví a mechatroniky • Předměty pro studium doktorského studijního programu Studijní obory • Fyzikální inženýrství • Přesná mechanika a optika • Doktorský studijní program Fyzikální a materiálové inženýrství Počty studentů • 80 v bakalářském a magisterském studiu • 40 v doktorském studiu

4. Ústav fyzikálního inženýrství Ústav fyzikálního inženýrství physics.fme.vutbr.cz Studijní obory • Fyzikální inženýrství • (bakalářské a navazující magisterské studium) Studium • má mezioborový charakter (spolupráce s Přírodovědeckou fakultou MU) • je spojením inženýrského a fyzikálně-matematického vzdělávání • připravuje technicky orientované studenty na řešení praktických problémů v moderních hraničních oborech • zahrnuje jeden semestr na některé zahraniční univerzitě (program SOCRATES) V magisterském studiu se studenti volbou témat diplomové práce zaměřují na: • inženýrskou optiku • fyziku a inženýrství povrchů a tenkých vrstev Absolventi jsou zaměřeni na: • uplatňování optoelektroniky při konstrukci strojů a přístrojů • kvalifikované využívání optických metod v metrologii • zavádění a využívání nových „high-tech“ technologií a nanotechnologií Výzkumně orientovaní absolventi mají možnost pokračovat ve studiu v doktorském programu Fyzikální a materiálové inženýrství.

5. Ústav fyzikálního inženýrství physics.fme.vutbr.cz Studijní obory • Přesná mechanika a optika • (navazující magisterské studium) • Studium se zaměřuje na: • technickou optiku v rozsahu potřebném pro inženýrskou praxi při navrhování optických přístrojů a při aplikacích optických prvků v měřicí technice a řídicích systémech • přístrojovou a měřicí techniku • počítačovou podporu v inženýrské praxi Studenti, kteří jsou jazykově vybaveni absolvují jeden semestr na některé zahraniční universitě • Absolventi jsou zaměřeni na: • uplatňování optoelektroniky při konstrukci strojů a přístrojů • kvalifikované využívání optických metod v metrologii • zavádění a využívání nových „high-tech“ technologií • využití počítačů ke konstruování Výzkumně orientovaní absolventi magisterského studijního programu mají možnost pokračovat v doktorském studiu.

6. Ústav fyzikálního inženýrství Odbor optiky a přesné mechaniky physics.fme.vutbr.cz Věda a výzkum • Optická mikroskopie, zejména holografická mikroskopie • Laserová spektroskopie (metody LIBS a LIBS+LIFS) • Optická tomografie • Skalární resp. kinematická teorie difrakce • Holografická interferometrie • Interferenční měření optických soustav a prvků • Rozptyl koherentního světla na drsných površích pevných látek • Rigorózní numerické metody pro analýzu a návrh vlnovodných prvků • Modelování lineárních a nelineárních vlastností fotonických prvků • Vývoj bezvůlových polohovacích mechanismů Laboratoře • Laboratoř optické mikroskopie • Laboratoř laserové spektroskopie a kapilárních výbojů • Laboratoř koherenční optiky • Laboratoř optických měření • Laboratoř optické difraktografie

7. Ústav fyzikálního inženýrství Odbor optiky a přesné mechaniky Ústav fyzikálního inženýrství Odbor optiky a přesné mechaniky physics.fme.vutbr.cz Řešené projekty Mezinárodní projekty Synchrotrone-Elettra Trieste program • X-ray imaging of heavy metal hyperaccumulation in vegetal tissues by microradiography (2003-2004) • Experimental investigation of a new aproach in phase-contrast computed microtomography (2006)

8. Ústav fyzikálního inženýrství Odbor optiky a přesné mechaniky physics.fme.vutbr.cz Řešené projekty Národní projekty Grantová agentura České republiky • Profilování povrchů pomocí holografické konfokální mikroskopie (1998-2001) • Moderní metody analýzy optických vlnovodných struktur (1998-2001) • Mikroskopie s lokální sondou drženou optickými silami (2000-2002) • Realizace laboratorního vzoru zařízení pro měření drsnosti povrchů metodou holografické interferometrie (2001-2003) • Optické a mechanické vlastnosti tenkých vrstev DLC: Si připravených PECVD metodou (2001-2003) • Studium plasmatu generovaného pomocí kapiláních výbojů (2002-2004) • Obrazová rekonstrukce trojrozměrných objektů metodami holografické konfokální mikroskopie (2004-2006) • Realizace laboratorního vzoru digitálního spektrofotometru pro širokou spektrální oblast (2004-2006) • Vícerozměrná optická tomografie fázových objektů (2006-2008)

9. Ústav fyzikálního inženýrství Odbor optiky a přesné mechaniky physics.fme.vutbr.cz Řešené projekty Národní projekty MŠMT ČR - výzkumné záměry • Progresivní funkčně-gradientní a nanostrukturní materiály, spoluřešitel Miroslav Liška (1999-2004) • Simulační modelování mechatronických soustav, spoluřešitel Miloslav Ohlídal (2005-2009) • Anorganické nanomateriály a nanostruktury. Vytváření, analýza, vlastnosti. Spoluřešitelé Radim Chmelík a Jozef Kaiser (2005-2010) MŠMT ČR - Fond rozvoje vysokých škol • Fourierovské metody v teorii difrakce a ve strukturní analýze (2000) • Teorie trojrozměrného zobrazení v mikroskopii (2002) • Systém pro optickou tomografii určený k 3D zviditelňování fázových objektů (2002)

10. Ústav fyzikálního inženýrství Odbor optiky a přesné mechaniky physics.fme.vutbr.cz Řešené projekty Národní projekty Grantová agentura Akademie věd ČR • Využití kombinace laserových mikrosvazkových cytometrických technik ke studiu struktury a dynamiky lidského genomu (2002-2006) MPO ČR • Analýza optických vlastností solárních článků (2006-2009) MŠMT ČR - COST • Modelování optických vlastností fotonických krystalů (2003-2007)

11. Ústav fyzikálního inženýrství Odbor optiky a přesné mechaniky physics.fme.vutbr.cz Vybrané příklady řešených problémů Zobrazení šlír ve skle Šlíry (nehomogenity v indexu lomu) v průmětu bižuterního výrobku zhotoveného technologií tlakového vstřikování do formy. Pro zviditelnění šlír byla použita metoda prostorové filtrace obrazu s hranovým filtrem.

12. Ústav fyzikálního inženýrství Odbor optiky a přesné mechaniky physics.fme.vutbr.cz Vybrané příklady řešených problémů Zobrazení hyperakumulace těžkých kovů v rostlinných tkáních rentgenovou mikroradiografií 3D rekonstrukce kořenové části rostliny Dyplotaxis erucoides.

13. Ústav fyzikálního inženýrství Odbor optiky a přesné mechaniky physics.fme.vutbr.cz Vybrané příklady řešených problémů Rozložení elektrického pole uvnitř vlnovodu ve fotonickém krystalu

14. Ústav fyzikálního inženýrství Odbor optiky a přesné mechaniky physics.fme.vutbr.cz Vybrané příklady řešených problémů Zobrazení biologických vzorků holografickým mikroskopem Schéma rekonstrukce zobrazení transmisním holografickým mikroskopem na příkladu nádorové buňky typu K4.

15. Ústav fyzikálního inženýrství Odbor optiky a přesné mechaniky physics.fme.vutbr.cz Spolupráce • Členství v organizačním výboru pravidelných Česko-polsko-slovenských optických konferencí • Předsednictví odborné sekce časopisu Jemná mechanika a optika a pořadatelství pravidelných seminářů této sekce • Spolupráce na organizaci pravidelných konferencí při výročích zahájení optické výroby v Přerově • Spolupráce s mnoha pracovišti univerzit v ČR a ústavy AV ČR • Spolupráce s průmyslovými partnery (PRECIOSA a.s., EUROTEC k.s., ON SEMICONDUCTOR ČR a.s, …) Kontakty se zahraničními partnery • University of L‘Aquila, Italy • Synchrotone Elettra Trieste, Italy • University of Pécs, Hungary • Universita degli Studi di Parma, Italy • Institute of Spectrochemistry and Applied Spectroscopy in Dortmund, Germany • Queen Mary University of London, UK • Cancer Research, UK

16. Ústav fyzikálního inženýrství Odbor optiky a přesné mechaniky physics.fme.vutbr.cz Zájem o spolupráci • Reflexní a transmisní interferenční mikroskopie pohybujících se objektů • Kontrola geometrické přesnosti optických ploch metodou fázově posunutých interferogramů • Vývoj a návrh přesných polohovacích mechanismů • Analýza optických vlastností tenkých vrstev, digitální holografie, optická profilometrie • Rigorózní numerické metody pro analýzu a návrh vlnovodných prvků

17. Ústav fyzikálního inženýrství Odbor povrchů a fyziky pevných látek physics.fme.vutbr.cz Věda a výzkum • Studium vytváření ranných fází tenkých vrstev • Tenké vrstvy kovů s oxidy • Magnetické velmi tenké vrstvy a multivrstvy a 1D a 0D nanostruktury • Superstruktury a velmi tenké vrstvy Ga a polovodičů se širokým zakázaným pásmem • Vytváření nanostruktur pomocí nanolitografie a jejich aplikace při studiu transportních vlastností a v plasmonice • Vývoj analytických technik a metod pro charakterizaci povrchů, tenkých vrstev a nanostruktur (UHV STM/AFM, TOF-LEIS, XPS, SIMS, spektrální elipsometrie, LEED/AES, …) Laboratoře Nově vybudované čisté prostory (třída < 100 000) • Laboratoř rastrovací sondové mikroskopie • Laboratoř povrchů, ultratenkých vrstev a in situ analýzy • Laboratoř pro depozici vrstev s užitím iontových svazků (IBAD) a leptání iontovými svazky

18. Ústav fyzikálního inženýrství Odbor povrchů a fyziky pevných látek physics.fme.vutbr.cz Řešené projekty Mezinárodní projekty Kontakt • Syntéza GaN epitaxních vrstev, VUT a Arizona State University (1999-2001) • Užití STM a STS pro studium atomárních povrchových struktur, VUT a Vienna University of Technology (2001-2002) • Studium vytváření povrchových vrstev na tenkých vzorcích užitím STM a STS, VUT a Vienna University of Technology (2004-2005) • Aplikace spektroskopie nízkoenergiových iontů (TOF-LEIS) pro analýzu velmi tenkých vrstev, VUT a Linz University (2003-2004) • Užití spektroskopie nízkoenergiových iontů (TOF-LEIS) pro analýzu velmi tenkých vrstev, VUT a Linz University (2005-2006)

19. Ústav fyzikálního inženýrství Odbor povrchů a fyziky pevných látek physics.fme.vutbr.cz Řešené projekty Mezinárodní projekty Synchrotrone-Elettra Trieste program • Určování hloubkových profilů velmi tenkých vrstevnatých struktur (2003) • Fotoemisní studium velmi tenkých vrstev a nanostruktur Ga (GaN) (2004) • Fotoemisní studium superstruktur a velmi tenkých vrstev Ga (2005) • Fotoemisní studium superstruktur a velmi tenkých vrstev Ga – vliv vodíku (2006) Aktion • Užití STM a STS pro studium atomárních povrchových struktur, VUT a Vienna University of Technology (2000)

20. Ústav fyzikálního inženýrství Odbor povrchů a fyziky pevných látek physics.fme.vutbr.cz Řešené projekty Národní projekty MŠMT ČR – centra základního výzkumu • Struktury pro nanofotoniku a nanoelektroniku, hlavní řešitel Tomáš Šikola (2006-2010) MŠMT ČR – výzkumné záměry • Progresivní funkčně-gradientní a nanostrukturní materiály, spoluřešitel Tomáš Šikola (2000-2004) • Anorganické nanomateriály a nanostruktury, spoluřešitel Tomáš Šikola (2005-2010) Grantová agentura České republiky • Studium velmi tenkých vrstev pomocí fotoemisní spektroskopie a odrazu rentgenového záření (2002-2004) • Návrh konstrukce ultravakuového zařízení při in-situ sledování homogenity povrchů při růstu tenkých vrstev vytvářených s užitím iontových svazků (2002-2004)

21. Ústav fyzikálního inženýrství Odbor povrchů a fyziky pevných látek physics.fme.vutbr.cz Řešené projekty Národní projekty Grantová agentura Akademie věd ČR • Užití sondové mikroskopie v nanovědách (2004-2008) • Elektrická fokusační předkoncentrace a kontinualní prvková analýza aerosolů atomovou hmotnostní spektromentrií (2005-2007)

22. Ústav fyzikálního inženýrství Odbor povrchů a fyziky pevných látek physics.fme.vutbr.cz Vybrané příklady řešených problémů Komplexní ultravakuová aparatura Návrh a aplikace UHV aparatury pro přípravu a analýzu povrchů a tenkých vrstev. Aparatura byla využita pro úspěšnou nízkoteplotní syntézu GaN ultratenkých vrstev.

23. Ústav fyzikálního inženýrství Odbor povrchů a fyziky pevných látek physics.fme.vutbr.cz Vybrané příklady řešených problémů UHV STM/AFM mikroskop Návrh UHV STM/AFM mikroskopu. Mikroskop byl vyroben ve spolupráci s firmou Tescan s.r.o.

24. Ústav fyzikálního inženýrství Odbor povrchů a fyziky pevných látek physics.fme.vutbr.cz Vybrané příklady řešených problémů Nanostruktury vyrobené lokální anodickou oxidací na povrchu křemíku Aplikace AMF při vytváření nanostruktur. Nanostruktury s rozměry desítek nanometrů byly vyrobeny pomocí lokální anodické oxidace různých materiálů (Ti, Si, GaAs, Al, …).

25. Ústav fyzikálního inženýrství Odbor povrchů a fyziky pevných látek physics.fme.vutbr.cz Spolupráce • Odbor je pravidelným organizátorem mezinárodní letní školy povrchů, tenkých vrstev a nanotechnologií • Odbor je členem sdružení Czech Nanoteam a spoluorganizuje jeho pravidelná pracovní setkání • Odbor spolupracuje s ústavy AVČR, zejména s Fyzikálním ústavem a Ústavem přístojové techniky • Odbor spolupracuje s řadou pracovišť na dalších vysokých školách v ČR • Rozsáhlá je rovněž spolupráce s průmyslovými podniky (Tescan, FEI, On Semiconductor) Kontakty s zahraničními partnery • Salford University, UK • Eindhoven University of Technology, The Netherlands • Aston University, UK • Vienna University of Technology, Austria • Arizona State University, USA • University of Linz, Austria • Synchrotrone-Elettra Trieste, Italy • Standord University, USA

26. Ústav fyzikálního inženýrství Odbor povrchů a fyziky pevných látek physics.fme.vutbr.cz Zájem o spolupráci • Modifikace a analýza povrchů • Výzkum tenkých vrstev • Nanověda a nanotechnologie • Návrhy vědeckých přístrojů • Vakuové technologie

27. Ústav fyzikálního inženýrství Odbor mikromechaniky materiálů a technické akustiky physics.fme.vutbr.cz Věda a výzkum • Atomistické, mezoskopické a makroskopické modely procesu deformace a lomu materiálů • Experimentální výzkum únavy materiálů při jednoosém i víceosém mechanickém namáhání • Kvantitativní fraktografie • Měření elastických a anelastických vlastností materiálů • Měření hluku v životním a pracovním prostředí Laboratoře • Laboratoř mikromechaniky • únavové zkoušky v krutu a ohybu • víceosá únava při synchronním a asynchronním namáhání • optické studium morfologie lomových ploch • Akreditovaná akustická laboratořč.1016 • laboratorní a stavební neprozvučnost • doba dozvuku uzavřených prostor • akustický výkon strojů a zařízení (měření in-situ) • hluk v životním a pracovním prostředí • certifikace protokolů o měření zahraničních laboratoří

28. Ústav fyzikálního inženýrství Odbor mikromechaniky materiálů a technické akustiky physics.fme.vutbr.cz Řešené projekty Národní projekty Grantová agentura České republiky • Analýza lomu podél segregovaných hranic zrn v bikrystalech a polykrystalech (2002-2005) • Víceúrovňové studium vztahů mezi mechanickými a mikrostrukturními charakteristikami materiálů (2006-2008) • Aplikace kvantitativní fraktografie a stereografie na analýzu šíření trhliny při biaxiální únavě (2006-2008) • Úloha morfologie a chemie hranic zrn při interkrystalickém lomu (2006-2008) • Predikce poškození konstrukčních materiálů pomocí kohezních modelů (2006-2008) • Řešení obecných koncentrátorů napětí v anisotropních heterogenních prostředích pomocí kombinace MKP techniky a techniky spojitě rozložených dislokací (2006-2008)

29. Ústav fyzikálního inženýrství Odbor mikromechaniky materiálů a technické akustiky physics.fme.vutbr.cz Řešené projekty Národní projekty MŠMT ČR - výzkumné záměry • Progresivní funkčně-gradientní a nanostrukturní materiály, spoluřešitelé Jaroslav Pokluda a Pavel Šandera (2000-2005) • Simulování modelování mechatronických soustav, spoluřešitelé Jaroslav Pokluda, Pavel Šandera(2005-2009) MPO ČR • Nové cementové kompozity pro stavební prvky a konstrukce (2002-2004) MŠMT ČR - COST • Dvouúrovňová analýza rozložení napětí pod hrotem nanoindentoru (2006-2008) MŠMT ČR - Fond rozvoje vysokých škol • Inovace předmětu Hluk a vibrace (2006)

30. Ústav fyzikálního inženýrství Odbor mikromechaniky materiálů a technické akustiky physics.fme.vutbr.cz Vybrané příklady řešených problémů Prvoprincipiální výpočet mechanických vlastností kubických a hexagonálních krystalů Celková energie na atom jako funkce mezirovinné vzdálenosti a posunu rovin pro smyk <110>{111}

31. Ústav fyzikálního inženýrství Odbor mikromechaniky materiálů a technické akustiky physics.fme.vutbr.cz Vybrané příklady řešených problémů Kvantitativní fraktografie lomu oceli při víceosé únavě 3D snímek lomové plochy oceli, vyznačeny krystalografické směry ve vybraném bodě

32. Ústav fyzikálního inženýrství Odbor mikromechaniky materiálů a technické akustiky physics.fme.vutbr.cz Vybrané příklady řešených problémů Měření stínících vlastností protihlukové bariéry

33. Ústav fyzikálního inženýrství Odbor mikromechaniky materiálů a technické akustiky physics.fme.vutbr.cz Vybrané příklady řešených problémů Měření hlukové zátěže pracovníků ve strojírenském provozu

34. Ústav fyzikálního inženýrství Odbor mikromechaniky materiálů a technické akustiky physics.fme.vutbr.cz Spolupráce • Pravidelné konference MSMF (Material Structure & Micromechanics of Fracture) • Spolupráce při organizování každoročních mezinárodních konferencích Nano (Nano-sekce ČSNMT) • Seminář České akustické společnosti • Pravidelné přednášky na Letní škole únavy materiálů v Žilině • Spolupráce s mnoha pracovišti univerzit v ČR a ústavy AV ČR • Spolupráce s průmyslovými partnery (Siemens Industrial Turbomachinery s.r.o.) Kontakty s zahraničními partnery • Austrian Academy of Siences, Austria • Polytechnic University Opole, Poland • Institute of Metals and Technology, Slovenia • University of Bologna, Italy

35. Ústav fyzikálního inženýrství Odbor mikromechaniky materiálů a technické akustiky physics.fme.vutbr.cz Zájem o spolupráci • Teorie a experiment v oblasti nanotvrdosti • Ab initio modelování mechanických vlastností krystalu • Experiment a teorie v oblasti víceosé únavy materiálů • Fraktografie při víceosé únavě • Experiment a teorie materiálů s tvarovou pamětí • Měření akustických vlastností materiálů a konstrukcí

36. Ústav fyzikálního inženýrství physics.fme.vutbr.cz Budoucnost ústavu • Důsledné propojování vzdělávací a vědecké činnosti na mezinárodní úrovni • Soustavná inovace vyučovaných předmětů a vytváření moderních studijních prostředků • Rozšiřování výuky v anglickém jazyce a internacionalizace studia v rámci mezinárodních programů • Rozvoj tří výše uvedených odborů a souvisejících vědních disciplín • Zvyšování úrovně výzkumné a publikační činnosti • Intenzifikace účasti zahraničních studentů, učitelů a výzkumných pracovníků na ústavu • Systematické zapojování ústavu do mezinárodních projektů