Přírodovědecká fakulta Masarykovy univerzity, doktorské akreditace 2007

Studijní program Fyzika (Doktorský 4 roky)

Návrat na seznam studijních programů

Přechod na seznam studijních oborů

Kód 1701V
NázevFyzika
Název anglickyPhysics
Krátký názevFyzika
Krátký název anglickyPhysics
Typ studijního programuDoktorský 4 roky
Standardní doba studia4
Udělovaný titulDoktor (Ph.D.)
Rozšíření akreditace na další právnickou osobuAno
Rozšíření stávající akreditace studijního programuNe

Tato stránka obsahuje:

Přílohy:

Cíle studia ve studijním programu

Cílem je nabídnout nadaným studentům možnost pokračování po získání magisterského titulu ve studiu v doktorském studijním programu Fyzika a to v těch oborech (viz dále), které mají velmi dobrou úroveň a tradici na Přírodovědecké fakultě MU a na spolupracujících institucích, především v ústavech AV. Student DSP Fyzika se během studia stane členem výzkumných týmů, zpravidla se podílí na účelově financovaném výzkumu, a je veden tak, aby po absolvování DSP se stal  samostatným tvůrčím vědeckým pracovníkem. Podmínkou absolvování je publikační aktivita v renomovaných zahraničních časopisech, aktivní účast na setkání vědeckých pracovníků a zpravidla dlouhodobý pobyt v zahraničí. Tím je současně zaručena jeho schopnost komunikovat se svými zahraničními partnery v angličtině a případně i dalších jazycích.Cílem je tedy vychovat studenty tak, aby byli schopni samostatně pracovat na vysokých školách, na výzkumně vývojových pracovištích v ČR s možností uplatnění kdekoliv na světě.

Profil absolventa studijního programu

Absolvent doktorského studijního programu Fyzika má hluboké znalosti fyziky a zejména těch fyzikálních disciplin, které se týkají zvoleného studijního oboru (viz seznam). Absolvent prokázal schopnost samostatné tvůrčí vědecké práce doložené publikacemi v renomovaných fyzikálních časopisech. Má zkušenosti z dlouhodobé zahraniční stáže na kvalitním fyzikálním pracovišti, zná dobře standardy respektovaného výzkumu. Má schopnost aktivní komunikace v angličtině a případně v dalším světovém jazyce. Je rovněž schopen vzhledem k obecnému základu a hlubokému pochopení fyzikálních problémů zvládnout a přizpůsobit se i problematice mimo svoji specializaci. Je rovněž dobře vybaven znalostmi a schopnostmi využívání výpočetní techniky.

V experimentálních oborech zvládl metodiku a praktickou činnost na složitých experimentálních zařízeních. Je schopen formulovat modelovou představu studovaného jevu, získat a interpretovat experimentální data. V teoretických oborech na základě hlubokých znalostí teoretických disciplin je schopen formulovat a řešit náročné problémy s přiměřeným matematickým aparátem.

Absolventi nacházejí uplatnění jako učitelé a vědečtí nebo vývojoví pracovníci na vysokých školách, v ústavech AV, ve výzkumných a vývojových laboratořích v průmyslu a specializovaných výzkumných ústavů. Mohou se uplatnit i v nekonvenčních oblastech, v manažerských funkcích, v oblastech státní správy spojené se vzděláváním a výzkumem. Najdou uplatnění ve fyzikálních institucích kdekoliv ve světě.

Pravidla pro postup studia v programu

Obecná pravidla jsou dána Studijním a zkušebním řádem Masarykovy univerzity, který je pro celou školu stejný a samozřejmě závazný (viz především Hlava V., čl. 25. – 33.). Tento řád mj. řeší pravidla pro postup, pro hodnocení, pro případný neúspěch, přestup do jiného programu nebo typu studia včetně zakončení studia v doktorském studijním programu.
Hlavní zásady:

Základní podmínkou přijetí je absolvování magisterského studijního prohramu fyzikálního nebo příbuzného charakteru. Student musí úspěšně projít přijímacím řízením, kde musí prokázat znalosti na magisterské úrovni, schopnost samostatné vědecké práce a jazykovou kompetenci. Zásadní význam má výběr studijního oboru, ustanovení školitele a volba tématu disertační práce.

Standardní doba studia se předpokládá čtyři roky.
Průběh studia se řídí individuálním studijním plánem.

Důraz je kladen na výchovu k samostatné vědecké práci a na intenzivní plnění zadání disertační práce.

Součástí studijního plánu jsou rovněž další povinnosti ( viz dále, např. přednášky, semináře…) včetně kreditové hodnoty všech činností.

Student musí prokázat kompetenci v odborné angličtině případně dalším světovém jazyce, kterou prokazuje absolváním příslušných předmětů, získáním zápočtu za cizojazyčnou publikaci v renomovaném fyzikálním časopise a přednesením přenášky v cizím jazyce na kvalifikovaném odborném fóru.

Podmínkou obhajoby jsou rovněž publikace v renomovaných fyzikálních časopisech.

Studium končí úspěšnou obhajobou disertační práce a státní doktorskou zkouškou.

Zvláštní ustanovení platí pro doktorské studium ve spolupráci se zahraničními institucemi.

Doporučený individuální studijní plán - Obecná charakteristika

 Individuální studijní plán schvaluje oborová rada na návrh studenta prostřednictvím školitele. Tento studijní plán je členěn na roky a semestry. Obsahuje všechny základní povinnosti studenta včetně časového rozsahu a kreditní hodnoty.

Doporučený obsah studijního plánu:

Doktorské studium je založeno na samostatné tvůrčí činnosti studenta, kterou prokazuje vlastní badatelskou prací a obhájením disertační práce. Doktorské studium se řídí individuálním studijním plánem, a to nejen z časového a organizačního hlediska, ale i obsahově, podle konkrétního zaměření disertační práce. Význam doporučeného studijního plánu v doktorském studiu proto spočívá zejména v návrhu jistého optimálního harmonogramu studia v rámci standardní doby. Respektování doporučeného plánu je výhradně záležitostí dohody doktoranda a školitele, za předpokladu plnění požadavků Studijního a zkušebního řádu MU nutných pro semestrální zápisy.

 Součásti studia

Součástí studia v doktorském studijním programu jsou kromě povinného předmětu Příprava disertační práce (včetně přípravi tezí disertační práce) tyto typy předmětů:

(A) předměty rozšiřující a prohlubující znalosti širšího vědního oboru nad rámec magisterského studia,

(B) předměty prohlubující specializované znalosti (mj. i studium literatury, odborné stáže, příprava publikací), 

(C) specializované odborné semináře,

(D) příprava a pomoc ve výuce v bakalářských a magisterských programech.

Jazyková kompetence

V průběhu studia je student povinen prokázat kompetenci v akademické a odborné angličtině. Tato kompetence se ověřuje jedním z následujících způsobů:                                                                                                                                                                      

(A) ukončení dvou příslušných semestrálních předmětů,

(B) získáním zápočtu za napsání cizojazyčné publikace pro časopis nebo sborník a zápočtu za přednesení cizojazyčné přednášky včetně řízení následné diskuse na kvalifikovaném odborném fóru; zápočty uděluje hodnotitel předem stanovený oborovou komisí.

Pravidla pro sestavení individuálního studijního plánu

Minimální kreditová hodnota studia činí 240 kreditů (30 kreditů x 8 semestrů). Kreditová hodnota povinných a povinně volitelných předmětů je uvedena v následující tabulce:

Povinně volitelné předměty zapisuje student výběrem z bloku povinně volitelných předmětů, zpravidla ve vztahu k tématu disertační práce. Předměty označené jako doporučené jsou předměty volitelnými. Jejich volba není závazná. Semestrální zápis provádí student vždy po dohodě se školitelem.

Předmět
semestr
kredity/sem.
Předmět (A) (obecný charakter)
1-6
  6
Předmět (B) (speciální charakter)
1-6
  6
Odborný seminář
1-8
  2
Jazyková kompetence(A)
1-2
  2
Příprava disertační práce
1-8
10-30
Studium literatury
1-6
  5
Pomoc při výuce
1-4
10-5
Zahraniční stáž
3-6
30
Příprava publikace
1-8
10
Jazyková kompetence(B)
1-6
10

Hodnoty kreditů se rozumí maximální. Za semestr je to zpravidla celkem 30 kreditů, za celé čtyřleté studium minimálně 240 kreditů. Za přípravu disertační práce je celkově 140 kreditů.

Z počátku studia je kladen důraz na přednášky, odbornou angličtinu, pomoc při výuce. Postupně těchto povinností ubývá a převažuje  příprava publikace a zejména  příprava disertační práce. Trvale se doporučuje účast na speciálním semináři včetně aktivní účasti. Za optimální považujeme roční zahraniční stáž, případně i delší.

Záměr rozvoje a odůvodnění studijního programu

Doktorský studijní program Fyzika vychází z dlouholeté úspěšné pedagogické a badatelské práce fyzikálních ústavů Přírodovědecké fakulty MU. Je tvořen a realizován ve spolupráci s ústavy AV (Biofyzikální ústav, Ústav fyziky materiálů, Ústav přístrojové techniky, Astronomický ústav). Vzhledem k zaměření našich fyzikálních pracovišť a potřebám praxe se program dělí na 7 studijních oborů (fyzika kondenzovaných látek, fyzika plazmatu, mechanické vlastnosti pevných látek, teoretická fyzika a astrofyzika, obecné otázky fyziky, biofyzika). Vývoj a případné změny ve studijním programu budou v souladu s vědeckým pokrokem jednotlivých disciplin.

Poptávka po absolventech doktorského studijního programu Fyzika je trvale vysoká nejen v ČR, ale i v zemích EU. Je to dáno kvalitou absolventů, schopnosti se přizpůsobit obsahově i jazykově. V neposlední řadě je to dáno skutečností, že fyzika je spolehlivým základem dalších přírodních věd a technických aplikací.

Vzhledem k náročnosti tohoto doktorského studijního programu, rychlému rozvoji fyziky, experimentálnímu charakteru, zahraniční ekvivalenci navrhujeme čtyřletý studijní program.

Disertační práce

Rámcové požadavky na disertační práci

Student předkládá disertační práci ve shodě se Studijním a zkušebním řádem MU. Jejím základem jsou vlastní výsledky získané během studia. Zásadní podmínkou je, že tyto výsledky nebo jejich část byla publikována v renomovaných fyzikálních časopisech, respektive byla přijata ke zveřejnění. Disertační práce může mít rovněž formu souhrnu publikovaných prací opatřených úvodem a komentářem. Práci je možné podat v českém nebo anglickém jazyce. Pokud student uvádí výsledky kolektivní vědecké práce je nutné označit ty části, které sám zpracoval včetně prohlášení spoluautorů potvrzující podíl studenta. Je předepsána jednotná formální podoba elektronické i tištěné verze disertační práce.

Návrh témat disertační práce

 Obor: Obecné otázky fyziky

Jana Musilová:  Variační úlohy - historie a současnost
 
 První variační úlohy byly formulovány již ve starověku - aniž se, samozřejmě, takto nazývaly. První úlohou, cíleně formulovanou jako variační, je známá úloha o brachistochroně. Řada fyzikálních disciplnín má variační povahu, množství úloh v mechanice i technice má rovněž variační charakter. Samotný matematický aparát pro popis takových teorií a úloh se od první formulace po současnost velmi silně vyvíjel. Úkolem disertanta je seznámit se s historickými aspekty problematiky vybraných variačních teorií či úloh z matematického i fyzikálního hlediska i se současnou situací a podat jejich přehled v disertační práci.
  
Seznam základní literatury:
[1] Slavíček J., Musilová J.: Brachistochrona - problém stále živý. Čs. čas. fyz. 53 (2003), 6, 400 a literatura citovaná v tomto článku.
[2] Rektorys K.: Variační metody v inženýrských problémech a problémech matematické fyziky. Academia, Praha, 1999.
[3] Další literatura podle výběru konkrétní problematiky.
 
Jana Musilová: Demonstrační experimenty ve fyzice a jejich interpretace
 
Demonstrační experiment je důležitou a nezastupitelnou  součástí kurzů obecné fyziky na gymnaziální i základní univerzitní úrovni. Jeho využívání ve výuce se však často redukuje na pouhé předvedení a kvalitativní, často fyzikálně nesprávnou, interpretaci. Z nesprávnou interpretcí bývá spojena i nevhodná realizace experimentu. K typickým příkladům  v mechanice patří experimenty týkající se pohybu v neinerciálních vztažných soustavách, pohybu tuhých těles, statiky i dynamiky kapalin.
Cílem práce je sestavit z technického a zejména interpretačního hlediska ucelený soubor demonstračních experimentů z mechaniky hmotných bodů a jejich soustav a mechaniky kapalin a doplnit jej odpovídajícími programy pro výpočetní zpracování, případně grafickou prezentaci.
 
Seznam základní literatury:
[1] Haliday D., Resnick R., Walker J.: Fyzika (překlad z anglického originálu Fundamentals of Physics, 5. vyd., Wiley & Sons, 1997), Prometheus Praha, Vutium Brno, 2001.
[2] Feynman, Leighton, Sands: Feynmanovy přednášky z fyziky, 1 a 2 díl,  1 vyd, Fragment, Havl.Brod. 2000,2001
(Feynman, Richard P. - Leighton, Robert B. - Sands, Matthew: Feynmanove prednášky z fyziky 1. 2. vyd. Bratislava, Alfa, 1986. 451 s. Edícia matematicko-fyzikálnej literatúry.)

Obor:  Vlnová a částicová optika

Pavel Zemánek : Chování nanočástic a mikročástic v různě tvarovaných optických pastech

Jedná se o nové a aktuální téma, které má úzkou souvislost s intenzívním výzkumem a vývojem lab-on-a-chip systémů a které by mělo řešit problém řízeného transportu nanočástic až mikročástic v kapalném prostředí či třídění uvedených objektů podle jejich optických vlastností (index lomu) či velikosti. Metoda bude využívat několika optických pastí (optická past je místo s dostatečnou světelnou intenzitou k zachycení objektu), které budou mít vhodný tvar potenciálové jámy s ohledem na částice, které se mají ovlivnit. Tvarování potenciálové jámy se dosáhne interferencí několika laserových svazků s vhodným prostorovým rozložením elektromagnetického pole.

Předpokládá se teoretická i experimentální činnost v Ústavu přístrojové techniky AV ČR. Bude se jednat zejména o výpočty interferenčního pole, sil působících na objekty a trajektorií objektů a o experimentální ověření výsledků v laboratořích ústavu. Pracoviště spolupracuje se 6 evropskými laboratořemi zabývajícími se spřízněnou problematikou.

 Seznam základní literatury: 

Téměř vyčerpávající přehled lze najít na
http://www.st-andrews.ac.uk/%7Eatomtrap/Resources.htm
A. Terray, J. Oakley and D. Marr, "Microfluidic control using colloidal devices", Science 296, 1841-1844 (2002)
M. P. MacDonald, G. C. Spalding, K. Dholakia:"Microfluidic sorting in an optical lattice", Nature 426, 421 (2003)
L.P. Faucheux et al. "Optical thermal ratchets." Phys. Rev. Lett. 74 1504, (1995).      
P. T. Korda, M. B. Taylor, and D. G. Grier, "Kinetically Locked-In Colloidal Transport in an Array of Optical Tweezers" Phys Rev Lett 89, art. no. 128301 (2002).
S. Tatarkova, W. Sibbett, and K. Dholakia, "Brownian particle in an optical potential of the washboard type". Phys Rev Lett 91, art. no. 038101 (2003)
S. Tatarkova et al., "One-dimensionally bound array of microscopic particles" Phys. Rev. Lett. 89, 283901 (2002)


Josef Humlíček: Rychlá spektroskopie a neuronové sítě

Mnohakanálové optické analyzátory (OMA) dovolují extrémně rychlé pořizování spektrálních dat, užitečné zejména při analýze procesů růstu (měření „in-situ“ při depozici) a modifikace struktur. Spektrometry s OMA mívají vstupy s optickými vlákny, přinášejícími navíc velkou flexibilitu a efektivnost. Možnost rychlého pořizování dat je třeba doplnit rychlým a účinným zpracováním, pokud mají být výsledky použity k aktivnímu zásahu do sledovaných procesů. Jednou z přitažlivých možností je využití schématu neuronových sítí. Při přiměřené volbě struktury sítě a s účinným „učícím“ algoritmem je toto schéma vhodné pro rychlou optickou spektroskopii.Práce bude zaměřena na optickou spektroskopii vybraných vrstevnatých struktur (např. polymerní vrstvy s křemíkovým skeletem) a praktickou realizaci výpočtů s neuronovými sítěmi. Předpokladem úspěšného řešení je schopnost provádět rozsáhlé numerické výpočty.

 

Obor:   fyzika kondenzovaných látek
 
Dominik Munzar: Excitované stavy ve  vysokoteplotních supravodičích
 
Převažuje dnes názor, že supravodivost ve vysokoteplotních supravodičích (HTCS) je způsobena silnými elektronovými korelacemi v tzv. kuprátových rovinách. Diskutuje se o tom, zda je pro vysvětlení supravodivosti možné vyjít, podobně jako v případě supravodivých prvků,  z představy nezávislých kvazielektronů, nebo zda je nutné považovat již normální stav (nad teplotou supravodivého přechodu, Tc) za anomální, kvalitativně odlišný od základního stavu běžných kovů. V prvním přístupu jsou korelační efekty chápány jako porucha a supravodivost spojována s interakcí kvazielektronů a kolektivních excitací elektronového systému; v druhém přístupu  je supravodivý přechod  spojován se snížením tzv. efektivní kinetické energie nositelů náboje. Doktorand by se měl zabývat  teoretickým studiem vlastností tzv. Bogoljubovových excitací,  plasmonů, magnetických excitací, fononů a elektron-fononové interakce v HTCS na úrovni modelů inspirovaných teorií Bardeena, Coopera a Schriefera a experimentálními poznatky o fyzice HTCS. Cílem práce je  přispět  (a) k interpretaci vybraných experimentálních dat (fotoemisní, optická, Ramanovská spektra HTCS apod.) (b) k nalezení jednotného pohledu na data získaná různými metodami a  (c) k zůžení spektra možných mechanismů supravodivosti v HTCS.
 
Seznam základní literatury:
J. R. Schrieffer, Theory of Superconductivity (Addison-Wesley,  Reading, 1996).
G. D. Mahan, Many-Particle Physics (Kluwer Academic/Plenum Publishers, New York, 2000). 
M. R. Norman a C. Pepin, Rep. Prog. Phys. 66, 1547 (2003).
 
 
Josef Humlíček: Kvantové tečky InAs/GaAs
 
Technologií MOVPE lze připravit samoorganizované struktury nula-rozměrných kvantových objektů ("quantum dots", QD). Vhodným systémem je nízkogapová sloučenina InAs v  GaAs, kde je pozorována silná tendence k samouspořádávacím procesům spojeným se vznikem velkého počtu QD. Ve vícevrstvých systémech je obvyklá silná vertikální korelace poloh QD a malý rozptyl jejich velikostí. Takové struktury QD jsou vhodné pro vytváření aktivní oblasti laserů pro komunikační účely. Kromě možnosti ovlivňování elektronových stavů v QD lze využít okolních vrstev k manipulaci s optickým polem, zejména vytvářením optických dutin.
 
Práce bude zaměřena na studium vícevrstvých vzorků QD v systému InAs/GaAs, vypěstovaných technologií MOVPE. Strukturní parametry (z rentgenového rozptylu a AFM) budou korelovány s optickou odezvou (zejména fotoluminiscenční). BUdou prostudovány struktury obsahující distribuovaná Braggova zrcadla.
 
Obor:   Teoretická fyzika a astrofyzika
 
prof. Rikard von Unge, PhD: Brane and string physics
D-branes are basic, non-perturbative objects appering naturally in string theory. They give a window into the extremely interesting and important non-perturbative regime of string theory (also known as M-theory). They are the basic building blocks of M(atrix) theory and they can be used to "geometrize" gauge field theories. Something which have led to geometric ways of solving certain (supersymmetric) field theories.
The aim of the work would be to study aspects of branes and their relations and use in gravitational physics, supersymmetric gauge field theories, string physics and M-theory.
 
Seznam základní literatury:
[1] J. Polchinski,"String Theory. Vol. 1: An Introduction to the Bosonic String".
[2] J. Polchinski,"String Theory. Vol. 2: Superstring Theory and Beyond"
 

doc. mgr.Tomáš Tyc, Ph.D.: Pojem módu v kvantové optice
Při kvantování elektromagnetického pole se postupuje tak, že vhodným výběrem stupňů volnosti pole (módů) se pole převede na soubor nezávislých harmonických oscilátorů, jejichž kvantování je standardní.  Výběr módů není jednoznačný a k popisu lze použít například rovinné vlny, kulové funkce i nemonochromatická vlnová klubka.
V mnoha situacích není jasné, jak by měl být mód korektně definován, například tehdy, je-li záření emitováno spojitě (u kontinuálně pracujících laserů apod.). Jindy se k popisu experimentů používá konečný počet módů i v situaci, kdy by byl adekvátnější popis pomocí jejich nespočetného množství (kontinua).
Cílem dizertační práce bude zjistit, ve kterých situacích je dostatečný jednomódový popis experimentů a kdy je nutné použít popis pomocí kontinua módů, a analyzovat experimenty, u nichž je nutný vícemódový pohled.  Student se dále bude snažit nalézt nejvhodnější definici módu pro experimenty probíhajících v kontinuálním režimu (např. homodynní detekce) a pro experimenty s prostředími, v nichž je rychlost světla větší než ve vakuu.
 
Seznam základní literatury:
H. A. Bachor a T. C. Ralph, A Guide to Experiments in Quantum Optics, Wiley 2004.
D. F. Walls, G. J. Milburn, Quantum Optics, Springer-Verlag Berlin 1995.
K. J. Blow, R. Loudon, S. J. D. Phoenix, T. J. Shepherd, Continuum fields in quantum optics, Phys. Rev. A 42, 4102 (1990).
 

doc. RNDr. Zdeněk Mikulášek, CSc. (konzultanti RNDr. Juraj Zverko, DrSc., Mgr. Jan Janík, PhD., Mgr. Jiří Krtička, PhD.): Povaha fotometrických skvrn na magnetických chemicky pekuliárních hvězdách
 
Pozorované periodické světelné změny magnetických chemicky pekuliárních (mCP) hvězd se běžně vysvětlují výskytem rozsáhlých "fotometrických skvrn" s odlišným rozložením energie na povrchu hvězdy rotující jako tuhé těleso. Povahu těchto skvrn zatím plně nechápeme, stejně jako neznáme jejich souvislost s geometrií globálního magnetického pole hvězdy a rozložením různých chemických prvků po jejím povrchu.
Cílem práce je přispět k vytvoření databáze všech dostupných publikovaných fotometrických pozorování mCP hvězd a pomocí ní pak studovat obecné vlastnosti a dlouhodobou stabilitu fotometrických skvrn mCP hvězd všech typů. Práce pomůže k teoretickému zdůvodnění výskytu a vlastností fotometrických skvrn na povrchu mCP hvězd vytvořením realistických modelů jejich atmosfér. U vytipovaných mCP hvězd budou chybějící informace o jejich proměnnosti doplněny i vlastním pozorováním. U dobře spektroskopicky sledovaných mCP hvězd s existujícími mapami rozložení chemických prvků po povrchu hvězdy by se mohl student pokusit o navázení těchto struktur s fotometrickými skvrami. 
Zájemce by měl mít solidní znalosti o maticovém počtu a nemělo by mu činit problémy programovat v jazyce Matlab. Měl by rovněž mít zkušenosti v získávání a zpracování astrofyzikálních pozorování.
 
Seznam základní literatury:
[1] Jollife, I.T. 2002, Principial Component Analysis, Springer Verlag; 2nd edition
[2] Kippenhahn, R., Weigert, A., 1990, Stellar structure and evolution, Springer Verlag Berlin
[3] Meloun, M. & Militký, J. 2002, Kompendium statistické zpracování dat, Academia, Praha
[5] Mikulášek Z., Krtička J., 2003, Fyzika horkých hvězd, Ústav teoretické fyziky a astrofyziky PřF MU v Brně,  http://www.physics.muni.cz/~mikulas/hh.pdf

Obor: biofyzika:

 

prof. RNDr. Viktor Brabec, DrSc. (konzultanti doc. RNDr. Jana Kašpárková, PhD., doc. RNDr. Oldřich Vrána, CSc.): Biofyzikální analýza mechanismu protinádorového působení nových léčiv proti rakovině

Cílovým místem protinádorového působení řady cytostatik je deoxyribonukleová kyselina (DNA). Pro znalost mechanismu, kterým tyto látky realizují protinádorový efekt, je proto důležité zjistit údaje o jejich vazbě k DNA a o změnách, které tato vazba v DNA vyvolá. Cílem postgraduálního studia bude zkoumat fyzikální (zejména strukturní) vlastnosti DNA po její modifikaci platinovými komplexy, u kterých byla prokázána protinádorová aktivita a význam těchto vlastností pro jejich biologický efekt. Konformace DNA v okolí místa modifikace bude určena moderními metodami molekulární biofyziky a biofyzikální chemie. Pozornost bude také věnována rozlišení specifickými bílkovinami a opravě těchto modifikací DNA a významu těchto dějů pro protinádorový efekt. Výsledky budou korelovány s biologickou účinností kovových komplexů. Znalost těchto korelací bude základem pro definici vztahu mezi strukturou a farmakologickou aktivitou těchto látek a pro systematický přístup k syntéze a návrhu nových sloučenin, které bude možné využívat k léčení rakoviny.

Seznam základní literatury:

Kasparkova, J., Delalande, O., Stros, M., Elizondo-Riojas, M.A., Vojtiskova, M., Kozelka, J. and Brabec, V. (2003) Recognition of DNA interstrand cross-link of antitumor cisplatin by HMGB1 protein. Biochemistry, 42, 1234-1244.

Kasparkova, J., Novakova, O., Marini, V., Najajreh, Y., Gibson, D., Perez, J.-M. and Brabec, V. (2003) Activation of trans geometry in bifunctional mononuclear platinum complexes by a piperidine ligand: Mechanistic studies on antitumor action. J. Biol. Chem., 278, 47516-47525.

Kasparkova, J., Pospisilova, S. and Brabec, V. (2001) Different recognition of DNA modified by antitumor cisplatin and its clinically ineffective trans isomer by tumor suppressor protein p53. J. Biol. Chem., 276, 16064-16069.

Kasparkova, J., Zehnulova, J., Farrell, N. and Brabec, V. (2002) DNA interstrand cross-links of the novel antitumor trinuclear platinum complex BBR3464. Conformation, recognition by high mobility group domain proteins, and nucleotide excision repair. J. Biol. Chem., 277, 48076-48086.

Brabec, V. and Kasparkova, J. (2002) Molecular aspects of resistance to antitumor platinum drugs. Drug Resistance Updates, 5, 147-161. 471240499.

 
 doc. RNDr. Jiří Šponer, DrSc.: Studium interakcí kovových iontů s DNA a RNA metodami kvantové chemie a molekulových simulací

Interakce kovových iontů významným způsobem ovlivňují strukturu a funkci DNA a RNA. Nukleové kyseliny patří k nejdůležitějším biomakromolekulám, a proto studium struktury a dynamiky nukleových kyselin patří k významným úkolům současné vědy. Vedle experimentálních technik se při studiu DNA a RNA stálé více uplatňují teoretické přístupy. V několika uplynulých letech došlo k nevídanému kvalitativnímu zlepšení jak ab initio kvantové chemie, tak i dalších počítačových metod. Studium interakcí kovových iontů je obtížné, neboť komplexy s kovovými ionty se vyznačují silnými specifickými interakcemi, při nichž je důležité správně popsat elektronovou strukturu kovu. To často vyžaduje jít za rámec klasických empirických potenciálů a použít moderních metod kvantové chemie. V naší laboratoři máme k dispozici moderní techniky počítačové chemie od ab initio kvantové chemie až po nanosekundové molekulové simulace DNA a RNA ve vodě. V současné době probíhá intenzívní studium interakcí kovových iontů zejména s bázemi nukleových kyselin za použití kombinace několika metod.

Seznam základní literatury:

N. Špačková, I. Berger, J. Šponer: Structural dynamics and cation interactions of DNA quadruplex molecules containing mixed GCGC quartets. J. Am. Chem. Soc. 123, 2001, 3295.

P. Hobza,  J. Šponer: Structure, energetics, and dynamics of the nucleic acid base pairs: Nonempirical ab initio calculations.  Chem. Rev. 99, 1999, 3247.

J. Šponer,  J. E. Šponer, L. Gorb, J. Leszczynski, B. Lippert: Metal-stabilized rare tautomers and mispairs of DNA bases: N6-metalated adenine and N4-metalated cytosine. Theoretical and experimental views. J. Phys. Chem. A 103, 1999, 11406.

J. E. Šponer, J. Leszczynski, F. Glahé, B. Lippert, J. Šponer: Protonation of platinated adenine nucleobases. Gas phase vs condensed phase picture. Inorg. Chem. 40, 2001, 3269.

  V. Sychrovský, J. Šponer, P. Hobza: Theoretical calculation of NMR spin-spin coupling constants and NMR shifts allow distinguishability between the specific direct and the water-mediated binding of a divalent metal cation to guanine. J. Am. Chem. Soc. 126, 2004, 663.

 
 
obor: Fyzika plazmatu
 
prof. RNDr. Mirko Černák, CSc. Generace difúzního nerovnovážného plazmatu za atmosférického tlaku v chemicky reaktivních a silně elektronegativních plynech.
 
Difúzní koplanární bariérový výboj je unikátní zdroj nerovnovážného plazmatu, který byl vyvinut na KFE PřF MU. Při vysokém objemovém výkonu plazmatu a za atmosférického tlaku je schopen generovat difúzní plasma i v reaktivních a elektronegativních plynech. Cílem disertační práce bude studovat detailní fyzikální mechanismus tohoto typu elektrického výboje i s využitím emisní spektroskopie se sub-nanosekundovým časovým rozlišením. Významnou častí disertační práce bude optimalizace složení materiálu keramických častí elektrod z hlediska jejich emisních vlastností.

 
Seznam základní literatury:
 
J. R. Roth, Industrial Plasma Engineering, Vol. 2: Applications to Nonthermal Plasma Processing, (Inst. of Phys. Publishing, Bristol and Philadelphia, 2001)
 
M. A. Lieberman, A. J. Lichtenberg, Principles of Plasma Discharges and Materials Processing, John Wiley & Sons, New York, 1994
 
A. Thorne, U. Litzen, S. Johansson: Spectroscopics Principle and Applications, Springer, 1999
 
prof. RNDr. Jan Janča, DrSc. (konzultanti: Mgr. V. Kudrle, PhD., RNDr. A. Tálský, CSc.) Diagnostika mikrovlnného výboje za atmosférického tlaku
Proveďte studium mikrovlnného výboje buzeného při atmosférickém tlaku v inertních plynech. Porovnejte parametry jednopólového výboje s výbojem buzeným povrchovou vlnou v křemenné trubici. Hlavní diagnostickou metodou bude optická spektrometrie. Navrhněte aplikátor pro frekvenci 2.45 GHz umožňující buzení obou dvou typů výbojů.
Seznam základní literatury:
 
G. Herzberg: Molecular Spectra and Molecular Structure ,Van Nostrand Comp.,N.Y.,1950
 
M.A. Lieberman, A.J. Lichtenberg: Principles of plasma discharges and materials processing,J.Wiley&Sons, N.Y.,1994.
 
M.N.Hirsh,H.J.Oskam:Gaseous Electronics,Academic Press,1978
 
A. Rodero, M.C. Quintero, A. Sola, A. Gamero: Spectrochimica acta B 51 (1996), 467
 
 
obor: Mechanické vlastnosti pevných látek
 
Kvantitativní fraktografie únavových lomů při biaxiálním
namáhání
Školitel: prof. RNDr. Jaroslav Pokluda, CSc., e-mail: pokluda@fme.vutbr.cz
Ústav fyzikálního inženýrství, Fakulta strojního inženýrství, Vysoké učení technické v Brně,
Technická 2, 616 69 Brno
     Stav napětí v převážné většině konstrukčních elementů je značně odlišný od homogenní jednoosé napjatosti, která je naopak typická pro laboratorní testy únavové životnosti. Proto se stále častěji používají dvojosé únavové zkoušky materiálu, zejména kombinace ohybového a krutového namáhání, které spolu s jednoosými testy poskytují dostatečný soubor dat k relevantním výpočtům životnosti. Jednou z nejdůležitějších metod studia průběhu únavového porušování je analýza morfologie lomových ploch elektronovým a optickým mikroskopem, tj. kvantitativní fraktografie.                 V posledních letech došlo k výraznému zdokonalení zejména metod hodnocení morfologie na bázi fraktální a statistické geometrie i numerického počítačového zpracování dat. Využívá se i moderních metod trojrozměrné rekonstrukce povrchového reliéfu, jako jsou optická chromatografie nebo stereofotogrammetrie v elektronovém mikroskopu. Aplikace těchto metod na analýzu lomu, vzniklých zejména při biaxiálním zatěžování je však zatím v počátcích.
     Obsahem práce je aplikace moderních metod kvantitativní fraktografie na hodnocení lomu vysocepevných ocelí po kombinovaném kmitavém namáhání v ohybu a krutu, získaných v laboratoři mikromechaniky na ÚFI FSI VUT. Experimenty budou probíhat i v rámci mezinárodní spolupráce s Ústavem Ericha Schmida rakouské akademie věd, založené na projektech AKTION a COST. Očekává se, že výsledky prispějí k hlubšímu poznání mikromechanismů iniciace a šíření trhlin, zvláště při biaxiálním kmitavém namáhání.

Základní literatura

[1] ASM Handbook Committee: Fractography. ASM Handbook Vol. 12, ASM international USA, 1992.
[2] Socie, D. F., Marquis, G. B.: Multiaxial Fatigue. Society of Automotive Engineers, Inc.Warrendale 2000.
[3] Pokluda J., Kroupa F., Obdržálek L.: Mechanické vlastnosti a struktura pevných látek.PC DIR s.r.o., Brno 1994.
[4] Papadoupolos I. V. et al.: A comparative study of multiaxial high-cycle fatigue criteria for metals. International Journal of Fatigue, Vol. 18, No. 3, 1997, pp. 219-235.
 
 
Prvoprincipiální výpocty elasticity a stability dokonalých krystalu
Školitel: prof. RNDr. Jaroslav Pokluda, CSc., e-mail: pokluda@fme.vutbr.cz
Školitel - specialista: Mgr. Miroslav Cerný, Ph.D.
Ústav fyzikálního inženýrství, Fakulta strojního inženýrství, Vysoké ucení technické v Brne,
Technická 2, 616 69 Brno
Hledání souvislostí mezi makroskopickými technicky významnými parametry materiálu a jejich
mikroskopickou a atomární strukturou je v soucasné dobe jedním z velmi silných smeru
ve fyzice pevných látek a v materiálovém výzkumu. Hlubší porozumení vztahum mezi makroskopickými
parametry látek a jejich vnitrní stavbou prispívá k získání dalších znalostí potrebných
k vyhledávání materiálu s lepšími užitnými parametry.
Cílem práce je získat nové výsledky v oblasti studia mechanických vlastností krystalických
pevných látek s ohledem na možnou variabilitu jejich atomové struktury.
K tomu bude využito predevším výpoctu vycházejících z prvních principu, tedy fundamentální
kvantové teorie (Schrödingerova rovnice pro pevnou látku), založených na teorii funkcionálu
hustoty implementované v programových systémech Wien2k nebo VASP.
Doktorská disertacní práce bude zpracovávána na Ústavu fyzikálního inženýrství FSI VUT
v Brne, kde jsou vytvoreny velmi dobré studijní i pracovní podmínky (nový výpocetní cluster),
podporované výzkumným zámerem
Simulacní modelování mechatronických soustav“
a grantem COST s širokou mezinárodní spoluprací.
Základní literatura
[1] Kelly A., Macmillan M. H.: Strong Solids. Oxford, Clarendon Press, 1986.
[2] Turek I., Drchal V., Kudrnovský J., Šob M., Weinberger P.: Electronic Structure of
Disordered Alloys, Surfaces and Interfaces. Boston, Kluwer Academic Publishers, 1997.
[3] Cerný M., Šob M., Pokluda J., Šandera P.: J. Phys.: Cond. Matter 16, 1045 (2004).
[4] Kresse G., Furthmüller J.: Phys. Rev. B 54, 11 169 (1996).
[5] Cerný M., Pokluda J., Šob M., Friák M., Šandera P.: Phys. Rev. B 67, 035116-1 (2003).
 

Obhajoba disertační práce

Obhajoba disertační práce probíhá podle Studijního a zkušebního řádu MU, Článek 32 a 33.
Poznámky: Čl.32, odst.2 - autoreferát není vyžadován.

Obsah a rozsah státní doktorské zkoušky

Státní doktorská zkouška probíhá podle Studijního a zkušeního řádu MU, Článek 31 a 33.
Státní doktorská zkouška je ústní, netrvá déle než dvě hodiny. Student má právo na písemnou přípravu do 30min.
Zadávat zkoušenou problematiku a klást otázky má každý člen komise. Zkouška se skládá ze širšího vědního základu a ze speciálních předmětů. Požaduje se rovněž dobrá znalost současných vědeckých poznatků z okruhu tématu disertační práce.
Vlastní zkoušená oblast je do značné míry určena studovaným oborem. Zadávají se okruhy otázek, učebnice respektive monografie a články z fyzikálních časopisů.

Předměty širšího vědního základu:

Obecné otázky fyziky: U státní doktorské zkoušky v oboru Obecné otázky fyziky prokáže student znalost a hluboké pochopené fyzikální problematiky na úrovni a v rozsahu učebnice obecné fyziky [1] . Podle konkrétního zaměření disertační práce prokáže znalosti a pochopení problematiky na úrovni a rozsahu příslušných dílů učebnice teoretické fyziky [2].

[1] Feynman R. P., Leighton R. B., Sands M.: Feynmanovy přednášky z fyziky 1 - 3. (Překlad z angličtiny.) Fragment, Havlíčkův Brod, 2000 - 2002.

[2] Landau L.D., Lifšic E. M.: Kurs teoretičeskoj fiziki. Tom 1 - 10. Mir, Moskva. (Kterékoli vydání, kterýkoli překlad.)

Vlnová a částicová optika:

M.Born, E.Wolf: Principles of Optics
Cambridge University Press (libovolné vydání).

P.W.Hawkes, E.Kasper: Principles of Electron Optics
(vol.1 Basic geometrical optics, vol.2 Applied geometrical optics, vol.3 Wave optics)
Academic Press 1989-1994

Biofyzika:

J. A.Tuscynski, M.Kurzynski: Introduction to Molecular Biophysics
CRC Press LLC, 2003, London

R. Glaser: Biophysics
Springer, 1996, Berlin

P.R.Bergethon: The Physical Basis of Biochemistry
Springer, 1999, New York

Teoretická fyzika a astrofyzika:

V teoretické fyzice všeobecný přehled (podstatné části prvních pěti dílů kursu Landaua a Lifšice) a solidní znalosti v oblasti tématu disertace (např. M Peskin, D.V.Schroeder: An Introduction to Quantum Field Theory. Addison-Wesley, 1996 nebo M.O.Scully, M.S.Zubairy: Quantum Optics. Cambridge University Press, 1997).  ). V astrofyzice všeobecný přehled v rozsahu učebnice B.W. Carroll, D.A. Ostlie: An Introduction to Modern Astrophysics. Addison-Wesley, 1996.

Fyzika kondenzovaných látek:

Všeobecný přehled v oboru (např. G. Grosso, G. Pastori Parravicini, Solid State Physics, Academic Press; N.W. Ashcroft, N.D. Mermin, "Solid State Physics", Harcourt) a specializované znalosti v oblasti tématu disertace (např. J.H. Davies, "The Physics of low=dimensional semiconductors", Cambridge University Press; W. Schaefer, M. Wegener, "Semiconductor Optics and Transport Phenomena", Springer). 

Fyzika plazmatu

S. V. Vladimirov, K. Ostrikov, A. A. Samarian, Physics and Applications of Complex Plasmas, Imperial College Press, 2005, ISBN 1-86094-572-4.

M. A. Lieberman, A. J. Lichtenberg, Principles of Plasma Discharges and Materials Processing, John Wiley, 1994, ISBN 0-471-00577-0.

F. F. Chen, J. P. Chang, Lecture Notes on Principles of Plasma Processing, Kluwer Academic Plenum Publishers, 2008, ISBN 0-306-47497-2.

V. Martišovitš, Základy fyziky plazmy, Vydavatelstvo UK, Univerzita Komenského, Bratislava, 2004., ISBN 80-223-1983-X.

Mechanické vlastnosti pevných látek:

CHAIKIN, P.M., LUBENSKY, T.C.: Principles of Condensed Matter Physics. Cambridge University Press, 2000.

TABOR, D.: The Hardness of Metals. Clarendon Press, Oxford, 2000.

CAILLARD, D., MARTIN, J.L.: Thermally Activated Mechanisms in Crystal Plasticity. Pergamon Press, 2003.

POKLUDA, J., KROUPAS, F., OBDRŽÁLEK, L.: Mechanické vlastnosti a struktura pevných látek. PC-DIR s.r.o., Brno 1994.

Personální zabezpečení studijního programu

Program je zabezpečován
  • oborovou radou,
  • oborovými komisemi,
  • školiteli,
  • přednášejícími,

Složení oborové rady je uvedeno v samostatné příloze.

Složení oborové komise, školitelů a přednášejících je uvedeno u jednotlivých oborů.

Návrat na seznam studijních programů

Poslední změna: Alžběta Rašková 6.3.2007 10:43