Stáže pro středoškoláky

Radiová pozorování na vlnové délce 21cm blízkých kup galaxií objevila oblaka neutrálního vodíku, která připomínají galaxie. Ve viditelné a infračervené části spektra ale žádné galaxie v těchto směrech nepozorujeme. Může se jednat o tzv. temné galaxie, které neměly dostatek plynu k vytvoření hvězd, nebo plyn vyvržený z některé z galaxií kupy, nebo objekty zatím neznámého typu. Na Astronomickém ústavu AV ČR tyto objekty studujeme porovnáváním pozorování s numerickými simulacemi, které testují scénáře vzniku a přežití těchto objektů. Cílem stáže bude zapojit se do analýzy těchto pozorování a pomoci s vývojem kódu, který převádí numerické simulace na tzv. syntetická pozorování, t.j. přepočítá údaje o hustotě, teplotě a rychlosti plynu na spektrum radiového záření, které by zachytil teleskop, kdyby takový objekt pozoroval. Student(ka) se naučí některé zajímavosti o záření plynu ve vesmíru a vyzkouší si práci na vývoji astronomického softwaru v jazyce Python.

The internship will show how physical experiments and theory related to crystal structures and their properties are interrelated. The internship focuses on the analysis of crystal structures with computer software developed at the institute in order to uncover novel characteristics of crystal structures. If the intern is interested, a part of their work can be related to programming using the Python language. The intern will get an overview about all of the department of structure analysis. The intern will participate in state-of-the-art research. The internship will be aimed on the individual development of conceptual skills in an interdisciplinary research field, located at the intersection of chemistry, physics, and mathematics, thus an inclination of the intern towards abstract thinking and general problem solving, combined with strong communication skills, will be beneficial. Whether or not the intern has these skills already is not so much of importance, however, an interest and openness for learning is assumed. Eventually, the intern should develop an authentic understanding of how science is actually done.

Díky obrovskému výkonu dnešních počítačů už chemie není jen o laboratorních pokusech, ale můžeme zkoumat chemické procesy i pomocí počítačových simulací. Vedle experimentů a teoretických předpovědí tak zastávají simulace významnou roli. Výpočty, které provádíme, ale vždy vyžadují kompromis mezi tím, jak dlouho budou trvat a jak přesných výsledků dosáhneme. I když používáme ty nejmodernější superpočítače, některé velké molekuly nebo dlouhodobé procesy jsou stále velmi výpočetně náročné. V našem týmu se zaměřujeme na vývoj nových metod a jak tyto výpočty zefektivnit, například pomocí strojového učení. Během této stáže se student/ka naučí pracovat se základními programy kvantové/výpočetní chemie, používat skripty v jazyku Python ke zpracování dat. Studovaným systémem bude malá organická molekula absorbující světlo, která bude simulována v energeticky vzbuzeném, tzv. excitovaném, stavu. Vygenerovaná data budou složit tréninku a ohodnocení přesnosti těchto modelů v rámci.

Atomové jádro tvoří proton a neutron. To dnes každý ví. Ale co tvoří takové podivné jádro, tzv. hyperjádro? Co je to hyperon? Co jsou to kvarky a co je to podivný kvark? Jakými nástroji dokážeme tyto částice zkoumat? Jak je dokážeme vytvářet? A jakou roli vlastně hrají při našem zkoumání zákonitostí přírody? Na tyto a další otázky se pokusíme najít adekvátní odpovědi. Přitom zabrousíme do tajů kvarkového modelu, provedeme výpočty jednoduchých procesů kvantové elektrodynamiky a kvantové chromodynamiky, při nichž si vyzkoušíme konstrukci Feynmanových diagramů a také si ,,osaháme" veškerý potřebný matematický aparát. V neposlední řadě si také představíme teorie založené na efektivních Lagrangiánech vhodné k výpočtům procesů fotoprodukce a elektroprodukce kaonů na nukleonech. Cílem stáže pak zejména bude seznámit se s teoretickým modelem pro popis produkce hyperonů a provést vlastní výpočty pozorovatelných veličin. Stáž je určena pro všechny, které neodradil předchozí text a kteří jsou ochotní trávit dlouhé (nejen zimní) večery (a vlastně nejen večery) nad fyzikálními výpočty.

Stáž se zaměřuje na výzkum vlastností dvourozměrných polovodičových materiálů. Účastníci se seznámí s metodami přípravy heterostruktur (struktur z více než jednoho typu materiálu) a jejich charakterizací pomocí spektroskopických a mikroskopických technik. Stáž poskytne zkušenosti s pokročilými experimentálními technikami, jako je Ramanova spektroskopie a mikroskopie atomárních sil.

S polovodičovými materiály a strukturami se dnes setkáváme ve všech oblastech života: od osvětlení vnitřních i venkovních prostor, přes elektroniku v automobilech, solární panely na střechách domů, inteligentní elektrorozvodné sítě a senzory, chytré telefony, výkonné počítače, ultrarychlé optické sítě až po monitorování životního prostředí. Rozměry polovodičových struktur se neustále zmenšují. Snažíme se pochopit chování elektronů a fotonů v polovodičových nanostrukturách, abychom zlepšili stávající elektronické a fotonické součástky nebo mohli navrhnout nové. Zaměřujeme se na přípravu a charakterizaci polovodičových nanostruktur a jejich sítí o rozměrech v řádu desítek až stovek nanometrů pro senzory plynů. Cílem je navrhnout a ve spolupráci s firmami vyrobit senzory plynů, které umožní včas varovat před havarijními stavy v bateriových úložištích pro fotovoltaiku a elektromobily. Chcete se naučit, jak připravit polovodičové nanostruktury? Pochopit, jaké jevy se odehrávají při jejich růstu a jak je možné jejich růst modelovat? Jak ovlivnit jejich umístění, velikost, tvar, orientaci a fyzikální a chemické vlastnosti? Naučit se manipulovat s nanostrukturami v elektronovém mikroskopu? Připravit na nich elektrické kontakty a změřit jejich elektrické vlastnosti? Pochopit, jak se jejich vlastnosti mění v kontaktu s plyny nebo chemickými látkami? Umožníme vám pracovat na unikátním nanotechnologickém a nanodiagnostickém přístroji s fokusovaným elektronovým a iontovým svazkem, injekčním systémem plynů, nanomanipulátory a řadou detektorů, který vám umožní tyto činnosti uskutečnit a odpovědět na položené otázky.

The Earth terrestrial magnetic field extends well beyond the Earth's the surface (>60 000km). Its influence bounds the magnetosphere. One of the most successful magnetosphere spacecraft mission is the European Cluster mission that operated between 2001 and 2024. During the two last years we implemented a large dataset of the different regions crossed by the Cluster spacecraft during the 24 years of the mission. The intern will first get acquainted with the different regions of the magnetosphere by using our software that visualizes this dataset and some of the Cluster data. At the same time he/she will get familiar with the basics of magnetosphere plasma physics. Then the different magnetosphere regions he/she will learn to connect the different properties by running a program that get all the scientific data available. As a scientist I am interested in the study of the electromagnetic waves in the magnetosphere. The last part of the internship will thus consist in inferring (and understand why) what region properties influence the generation of the electromagnetic waves.

Technologie plynné epitaxe z organokovových sloučenin (MOVPE – z anglického Metal Organic Vapour Phase Epitaxy) patří do skupiny epitaxí z plynné fáze. Pro přípravu sloučeninových polovodičů (jako jsou GaAs, InAs, GaN, InGaN, AlGaN apod.) se využívají organokovové molekuly (např. Ga(CH3)3) a hydridy (např. NH3). Tyto prekurzory jsou v plynné fázi spolu s nosným plynem, kterým je obvykle vodík nebo dusík s čistotou lepší než 1 ppb (1 molekula nečistoty na 109 molekul nosného plynu), dopravovány do reaktoru. V reaktoru, zahřátém na teploty kolem 1 000 °C, poté dochází nad zahřátou podložkou (což bývá GaAs, nebo i safír Al2O3, křemík či GaN), k tepelnému rozkladu těchto prekursorů a atomy z nich uvolněné se deponují na na substrát a tvoří jednotlivé monokrystalické vrstvy materiálu, třeba i monoatomární. Touto metodou je možné připravit vysoce kvalitní a ultra-tenké polovodičové vrstvy s nízkou koncentrací defektů i nečistot. Je také možné připravovat složité struktury z různých materiálů, tzv. heterostruktury. Tyto struktury se využívají jako aktivní oblasti v mnoha již používaných součástkách jako jsou LED, laserové polovodičové diody, vysokofrekvenční výkonné tranzistory (HEMTy), detektory a scintilátory apod. Struktury připravené v naší laboratoři (https://www.fzu.cz/~movpe/index.html) se měří a studují na nejmodernějších přístrojích v řadě laboratoří ve FZÚ i jinde. Sledují se optické, elektrické a strukturní vlastnosti vrstev a struktur. Studenti se budou podílet na přípravě i měření materiálů na bázi nitridu gallitého (GaN), které připravujeme pro reálné aplikace ve spolupráci s předními českými i mezinárodními firmami. Hlavní typy struktur budou v roce 2025 pravděpodobně AlGaN/GaN pro UV LED a pokud se podaří realizovat spolupráce s firmou Osram, tak struktury na bázi GaN pro scintilátory. Studenti se soustředí na aplikaci pro ultrafialové LED či dvě z nich. Studenti se budou podílet na epitaxním růstu struktur. Zúčastní se měření optických (hlavně fotoluminiscence a Ramanova spektroskopie), strukturních (elektronová i hrotová mikroskopie, možná i RTG difrakce) a elektrických měření (transport elektronů, Hallův jev, možná i DLTS (studium hlubokých energetických hladin)). V průběhu stáže se plánují exkurse na Technickou univerzitu v Liberci a do firmy Crytur v Turnově, také snad do brněnského výzkumného centra CEITEC. Problematika je populárním způsobem prezentována na https://www.youtube.com/watch?v=7yZAhn2hirM a https://www.youtube.com/watch?v=C-G0FTzermc

Crystallography is the branch of science that deals with elucidating the atomic structure of crystalline materials. Knowing the accurate crystal structure of materials, such as pharmaceutical compounds, minerals, and metallic alloys, allows us to understand and improve their physical properties. The internship will cover the basics of crystallography, both theory and practice, focusing on the analysis of crystal structures using the crystallographic software Jana2020. The intern will visit the structure analysis department and will have an overview of different possibilities to analyze the structure of various types of materials.

Shape memory of alloy of NiTi coupons will fabricate from powder using conventional sintering techniques. The coupons will characterize under microscopy and transformation temperatures were evaluated by thermal measurement. Finally hardness will be evaluated from Vickers hardness measurement. The output will reflect to understand the sintering method of preparation of alloys.