Fyzika

Podat přihlášku

International applicants for doctoral study (Czech and Slovak Republics applicants not included)
Termín podání přihlášky do půlnoci 30. 11. 2020

Co se naučíte

Cílem je nabídnout nadaným studentům možnost pokračovat po získání magisterského titulu ve studiu v doktorském studijním programu Fyzika a to ve specializacích, 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 se po absolvování DSP stal samostatným tvůrčím vědeckým pracovníkem. Podmínkou absolvování je publikační aktivita v renomovaných zahraničních časopisech, aktivní účast na setkáních 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.

Praxe

Žádné informace nejsou k dispozici

Uplatnění absolventů

Absolvent doktorského studijního programu Fyzika se během studia stane členem některého z výzkumných týmů, zpravidla se podílí na účelově financovaném výzkumu a je veden tak, aby se po absolvování DSP stal samostatným tvůrčím vědeckým pracovníkem. Běžnou součástí studia je dlouhodobý pobyt v zahraničí, čímž je zaručena schopnost doktoranda komunikovat se svými zahraničními partnery v angličtině a případně i dalších jazycích. Absolventi jsou schopni samostatně pracovat na vysokých školách a na výzkumně-vývojových pracovištích v ČR i kdekoliv jinde na světě. Jejich znalosti, logické myšlení, vědecký pohled na svět a jazykové kompetence jim ovšem umožňují pracovat i v jiných oborech: jako kvantitativní analytik, datový vědec, konzultant apod.

Podmínky přijetí

Údaje z předchozího přijímacího řízení (přihlášky 1. 1. – 30. 4. 2020)

Odborné znalosti – nutné dosažení 40 bodů z 60 možných Jazykové znalosti – nutné dosažení 20 bodů ze 40 možných

Kritéria hodnocení

Žádné informace nejsou k dispozici

Termíny

1. 8. – 30. 11. 2020

Termín pro podání přihlášek

Podat přihlášku

Možnosti studia

Jednooborové studium se specializací

V rámci jednooborového studia má student možnost prohloubit si vědomosti v konkrétním zaměření daného studijního programu, specializaci si vybírá jednu. Název specializace pak bude uveden i na vysokoškolském diplomu.

Školitelé a výzkumná zaměření dizertačních prací

Školitelé

Součástí přihlášky je jméno předpokládaného školitele. Školitele si vyhledejte podle profilového zaměření ze seznamu školitelů a konzultujte s ním jeho potenciální školitelství a návrh projektu.

Výzkumná zaměření dizertačních prací

Specializace: Astrofyzika

Žádná témata nejsou vystavena.

Specializace: Biofyzika

Antimikrobiální peptidy

Školitel: doc. RNDr. Robert Vácha, PhD.

OBJECTIVES: The aim is to elucidate the relationship between molecular properties of amphiphilic peptides and their ability to translocate and form transmembrane pores in membranes with various lipid compositions. The obtained understanding will be used for the development of new antimicrobial peptides, which can serve as a new type of antibiotic drugs.



DESCRIPTION: Antibiotic-resistant bacteria cause more than 700 000 deaths per year, and the forecast is 10 million per year in 2050. Moreover, emerging strains of bacteria resistant to all available antibiotics may lead to a global post-antibiotic era. Because of this threat, the WHO and the UN are encouraging the research and development of new treatments. Antimicrobial peptides are promising candidates for such new treatments. We will study the molecular mechanism of action of antimicrobial peptides and determine the critical peptide properties required for membrane disruption via the formation of transmembrane pores and spontaneous peptide translocation across membranes. Based on the obtained insight, we will design new peptides and test their abilities. The most effective peptides will be evaluated for antimicrobial activity and human cell toxicity using growth inhibition and hemolytic assays, respectively. Student(s) will master tools of computer simulations, in particular, molecular dynamics techniques and methods to calculate free energies. Moreover, he/she will learn the advantages and disadvantages of various protein and membrane parameterizations, including all-atom and coarse-grained models. The simulations will be complemented by in vitro experiments using fluorescent techniques.



EXAMPLES of potential projects: * Antimicrobial peptides and formation of membrane pores * Synergistic mechanisms between antimicrobial peptides * Membrane disruption by antimicrobial peptides in non-equilibrium conditions



MORE INFORMATION about the group: vacha.ceitec.cz



PLEASE NOTE: before the formal application process, all interested candidates should contact Robert Vacha (robert.vacha@mail.muni.cz).
Proteinová přitažlivost a selektivita pro buněčné membrány

Školitel: doc. RNDr. Robert Vácha, PhD.

OBJECTIVES: The aim is to elucidate the relationship between protein sequence and preferred composition and curvature of human membranes,i.e., find peptide motifs that are selective to specific membranes in cells (plasma membrane, endoplasmic reticulum, Golgi apparatus, mitochondria, etc.). The obtained understanding will be used for the development of new protein biomarkers, sensors, scaffolds, and drugs.



DESCRIPTION: The control of biological membrane shape and composition is vital to eukaryotic life. Despite a continuous exchange of material, organelles maintain a precise combination and organization of membrane lipids, which is crucial for their function and the recruitment of many peripheral proteins. Membrane shape thus enables the cell to organize proteins and their functions in space and time, without which serious diseases can occur. Moreover, membrane curvature and lipid content can be specific to cancer cells, bacteria, and enveloped virus coatings, which could be utilized for selective targeting. We will develop a new method, using which we will elucidate the relationship between the protein sequence and the preferred membrane. The relationship will lay the foundations for the design of new protein motifs sensitive to membranes with a specific curvature and composition. Student(s) will master tools of computer simulations, in particular, molecular dynamics techniques and methods to calculate free energies. Moreover, he/she will learn the advantages and disadvantages of various protein and membrane parameterizations, including all-atom and coarse-grained models.



EXAMPLES of potential projects: * Determination of helical motifs for specific membrane compositions * Development of implicit membrane model for fast determination of protein-membrane affinity * Helical peptides and their sensitivity for membrane curvature



MORE INFORMATION: vacha.ceitec.cz



PLEASE NOTE: before the formal application process, all interested candidates should contact Robert Vacha (robert.vacha@mail.muni.cz).

Specializace: Fyzika kondenzovaných látek

Žádná témata nejsou vystavena.

Specializace: Fyzika plazmatu

Diagnostika prašného plazmatu

Školitel: doc. Mgr. Pavel Dvořák, Ph.D.

V reaktivním plazmatu mohou samovolně vznikat mikro a makroskopické částice, které ovlivňují plazma i vlastnosti případných materiálů deponovaných z plazmatu. V rámci této dizertační práce studujte plazma nízkotlakého kapacitně vázaného výboje, ve kterém vznikají prachové částice. Zvolte vhodné diagnostické metody a sestavte potřebná diagnostická zařízení. Zprovozněte monitorování růstu prachu v plazmatu, zjistěte a vysvětlete souvislosti mezi přítomností prachu a vlastnostmi plazmatu. Přístupné diagnostické metody zahrnují zejména elektrická měření (VA charakteristika, sondové metody), optické a laserové metody.

Elektrická a spektroskopická analýza mikrovýbojů

Školitel: doc. Mgr. Tomáš Hoder, Ph.D.

Fundamentální procesy elektrického průrazu plynu streamerovým mechanismem probíhají v časoprostorových škálách desítek pikosekund a desítek mikrometrů [1,2]. Předcházející Townsendovská fáze výboje se vyznačuje naproti tomu pomalými změnami proudů i emitované světelné intensity o velmi nízkých amplitudách. Z tohoto důvodu je komplexní porozumění mikrovýboje skrze experimentální i teoretické snahy neustálou výzvou plazmové fyziky. Důraz bude kladen na získání proudových měření s co nejvyšším časovým rozlišením a citlivostí. Dalším tématem experimentální části práce bude časově a prostorově vysoce rozlišená spektroskopie (metodou časově korelovaného čítání fotonů), jejíž výsledky pomohou doplnit sadu vstupních parametrů pro určení elektrického pole streameru nebo elektronové hustoty jeho hlavy [2]. V teoretické části práce bude cílem, za prvé: důkladná rešerše dostupné literatury zabývající se proudovými měřeními mikrovýbojů (v bariérových výbojích, koronách apod.) a její analýza; za druhé, na základě experimentálně získaných dat: rozvinutí teoretických přístupů (Kulikovskyho model [3], Q-V plot) pro možné vylepšení proudové a spektrální diagnostiky daných výbojů. S využitím aktuální literatury budou zkoumány možnosti aplikace vybraných diagnostik k určení interních vlastností streameru (vztah elektrického pole k poloměru streameru [4] či velikosti náboje v streamerovské hlavě apod.). Literatura: [1] Ebert U et al. 2011 Multiple scales in streamer discharges, with an emphasis on moving boundary approximations NONLINEARITY 24 (2011) C1–C26 [2] Hoder T et al. 2012 High-resolution measurements of the electric field at the streamer arrival to the cathode: A unification of the streamer-initiated gas-breakdown mechanism PHYSICAL REVIEW E 86, 055401(R) (2012) [3] Kulikovsky A A 1998 Positive streamer in a weak field in air: A moving avalanche-to-streamer transition PHYSICAL REVIEW E 57 7066–74 [4] Naidis G 2009 Positive and negative streamers in air: Velocity-diameter relation PHYSICAL REVIEW E 79 057401

Laserová diagnostika nerovnovážného plazmatu

Školitel: doc. Mgr. Pavel Dvořák, Ph.D.

Laserová diagnostika zahrnuje řadu metod, které souhrnně umožňují získat poměrně komplexní informaci o studovaném plazmatu. Mezi laserové metody vhodné pro studium plazmatu patří fluorescenční metody (vč. fluorescence iniciované vícefotonovou absorpcí), Ramanův rozptyl zahrnující vibrační i rotační přenos energie, jenž může existovat ve spontánní i stimulavané variantě, Thomsnův rozptyl umožňující studovat volné elektrony, Rayleigho rozptyl a generace druhé harmonické frekvence laserového záření vlivem elektrického pole. Úkolem této dizertační práce je studium nerovnovážného plazmatu pomocí laserové diagnostiky s důrazem na metody využívající rozptyl laserového záření. Součástí práce je realizace optických experimentů, kvantitativní vyhodnocení měřených dat a studium procesů probíhajících v plazmatu.

Nestabilita na rozhraní plazma-kapalina

Školitel: doc. Mgr. Tomáš Hoder, Ph.D.

Mikroskopické plazma generované za atmosférického tlaku na rozhraní plyn-kapalina je zdrojem vysokých gradientů elektrického pole či teploty, obzvláště pokud je rozhraní v kontaktu s dielektrickým povrchem. V takových podmínkách často dochází k destabilizaci uvažovaného systému. Student bude mít za úkol experimentálně studovat tuto nestabilitu a teoreticky ji vyšetřit. Bude použito optických, spektroskopických a elektrických měření, případně plazmafyzikálních a elektrochemických konceptů. Literatura: [1] Hou et al. 2015 Phys. Rev. E 92, 013101, [2] Rumbach et al. 2017 Phys. Rev. E 59, 053203, [3] Pipa et al. 2012 Review of Scientific Instruments 83, 115112, [4] Potočňáková et al. 2020 Phys. Rev. E 101, 063201

Plazmatem produkované nanostrukturované vrstvy pro flexibilní solární články a superkapacitory

Školitel: doc. RNDr. Tomáš Homola, PhD.

The novel emerging field of flexible and printed electronics has attracted increased attention because of its potential to enable low-cost and high-throughput manufacturing of electronics on cheap plastic substrates for various applications including photovoltaics. However, this segment is still far away from commercialization because the cutting edge materials and manufacturing steps are not compatible with thermally sensitive flexible materials.

The PhD. work will focus on low-temperature plasma engineering of novel nanostructured nanomaterials as tungsten oxide, iron oxides, titanium dioxide, molybdenum disulfide, etc ... and their application in various energy-harvesting, -storage systems and sensing devices. The topic and tasks in the laboratory are strongly oriented towards the industrial segment.

Possibility to spend 6 months on an internship in a high-tech company in Singapore working on PhD. topic.

The exacttopic and tasks will be defined later according to applicant preference: perovskite solar cells, tandem solar cells, supercapacitors, etc ...

Keywords: State-of-the-art plasma generators, coating deposition methods (i.e. ink-jet printing), plasma treatment, advanced surfaces, nano-coatings, roll-to-roll manufacturing, flexible and printed electronics, surface characterization (AFM, XPS, SEM, etc.).

Poznámky

More information:

https://plasma.sci.muni.cz/en/for-students/flexible-and-printed-electronics

Relevant literature:

T. Homola, J. Pospíšil, R. Krumpolec, P. Souček, P. Dzik, M. Weiter, et al., Atmospheric dry hydrogen plasma reduction of inkjet-printed flexible graphene oxide surfaces, ChemSusChem. 11 (2018) 941–947. doi:10.1002/cssc.201702139.

T. Homola, P. Dzik, M. Veselý, J. Kelar, M. Černák, M. Weiter, Fast and low-temperature (70 C) mineralization of inkjet printed mesoporous TiO2 photoanodes using ambient air plasma, ACS Appl. Mater. Interfaces. 8 (2016) 33562–33571. doi:10.1021/acsami.6b09556.

Pokročilá spektroskopická analýza přechodného nerovnovážného plazmatu

Školitel: doc. Mgr. Tomáš Hoder, Ph.D.

Problematika obsazování kvantových stavů molekul a atomů v přechodném nerovnovážném plazmatu je jednou z fundamentálních výzev současné plazmové fyziky. Populace a relaxace distribucí rotačních, vibračních a elektronových kvantových stavů probíhá v extrémně krátkých časových intervalech a jejich mikroskopické zákonitosti jsou stále otevřeným problémem. Doktorský/á student/ka bude analyzovat vybrané stavy a podmínky v plazmatu pomocí pokročilých metod (např. emisní či laserové spektroskopie). Cílem práce bude přispět k objasnění iniciace plazmo-chemických procesů a také vlivu těchto procesů na studované plazma.

Povrchová modifikace porézních materiálů chemickými (ALD) a plazmo-chemickými metodami

Školitel: doc. Mgr. Dušan Kováčik, Ph.D.

Atmospheric pressure plasma is effective method for surface cleaning, modification and activation of various types of materials [1]. It is well know that the atmospheric non-isothermal plasma treatment is capable to induce the surface modification in only very thin surface layer of material. Diffuse Coplanar Surface Barrier Discharge (DCSBD) generates stable, uniform, diffuse, low-temperature, non-equilibrium atmospheric plasma suitable for fast and effective plasma modification of flat and flexible substrates [2]. As reported, the effective thickness of DCSBD plasma is only 0.3 mm, and thus, it is not suitable for plasma modification of structured and porous materials. However, very recently, we observed a new phenomenon, that DCSBD plasma can modify “thick” samples, of thickness even 0.5 – 2 mm, in a whole volume, when the material is in a form of aerogel.

The dissertation thesis will focus on plasma modification and functionalization of porous materials - powders and aerogels. The effect of atmospheric plasma will be studied on graphene oxide aerogel and carbon nanotubes-graphene hybrid aerogel. The effect of atmospheric pressure plasma, generated by DCSBD and multihollow DBD [3], will be studied at various process parameters (gas flow and type of process gas, sample distance). The functionalization of porous materials will be studied by plasma modification in various gas mixtures as well as by the deposition of thin functional layers prepared by Atomic Layer Deposition [4]. The materials will be studied by means of surface characterization methods (XPS, SEM, AFM), electrical analyses (4-point probe) and thermal and mechanical stability measurements. The dissertation thesis should also try to provide an understanding of plasma – aerogel interaction.


Literature:

[1] J.R. Roth, Industrial Plasma Engineering Volume 1: Principles, IOP Publishing Ltd, 1995.

[2] M. Černák, D. Kováčik, J. Ráhel’, P. St’ahel, A. Zahoranová, J. Kubincová, et al., Generation of a high-density highly non-equilibrium air plasma for high-speed large-area flat surface processing, Plasma Phys. Control. Fusion. 53 (2011) 124031. doi:10.1088/0741-3335/53/12/124031.

[3] R. Krumpolec, V. Richter, M. Zemánek, T. Homola, Multi-hollow surface dielectric barrier discharge for plasma treatment of patterned silicon surfaces, Surfaces and Interfaces. 16 (2019) 181–187. doi:10.1016/j.surfin.2019.01.014.

[4] R. Krumpolec, D.C. Cameron, T. Homola, M. Černák, M. Cernák, Surface chemistry and initial growth of Al2O3 on plasma modified PTFE studied by ALD, Surfaces and Interfaces. 6 (2017) 223–228. doi.org/10.1016/j.surfin.2016.10.005.
Vývoj technologie pro přípravu multifunkčních tenkých vrstev připravených plazmatem asistovanou depozicí

Školitel: doc. RNDr. Vilma Buršíková, Ph.D.

Současné období pandemie ukázalo na zvýšený požadavek na vývoj metod pro úpravu povrchových vlastností materiálů, např. pro přípravu antibakteriálních a antivirových povrchů nejen pro zdravotnické materiály, ale i pro obalovou techniku a další často dotýkané povrchy (kliky, vypínače, apod.). Nanočástice stříbra, ale i některých dalších kovů (měď, zlato, titan) jsou známé pro jejich antibakteriální i antivirové vlastnosti. Tématem navržené disertační práce bude vyvinout technologii kovem dopovaných organosilikonových tenkých vrstev použitím metody plazmatem aktivované depozice z plynné fáze. Pro zabudování kovů budou odzkoušeny 2 metody: (1) depozice ze směsí organosilikonových a organometalických prekurzorů a (2) příprava organosilikonových vrstev v prachovém plazmatu dodáním nanočástic různých kovů s antibakteriálními vlastnostmi do plazmatu. V případě druhém bude nutné vyřešit dodání částic do plazmatu.
Pro přípravu shora uvedených vrstev je velmi důležitý jejich multifunkční charakter, kromě antibakteriálních vlastností musí splňovat několik dalších důležitých vlastností, jako jsou dobrá adheze k substrátu, otěruvzdornost, elasticita (zejména v případě flexibilních substrátů), transparentnost (v případě obalových materiálů). Požadavek na kvalitu struktury vrstev (dopant se nesmí uvolňovat z povrchu) bude rovněž zvýšená, vrstva musí zachovat povrchové i objemové vlastnosti a musí být odolný vůči běžným čisticím postupům.
V rámci práce budou studovány vlastnosti tenkých vrstev i v závislosti na druhu substrátu na který jsou tenké vrstvy nanášeny (u plazmatem asistované depozice může mít substrát významný vliv). Bude kladen důraz na studium vlivu záporného stejnosměrného předpětí na substrátu na vlastnosti nadeponovaných vrstev. V práci se bude věnovat i studiu časového vývoje předpětí a jeho vliv na hloubkový profil mechanických, strukturních a dalších fyzikálních a chemických vlastností vrstev.
V první části disertační práce se budou vyvíjet metody pro přípravu různých typů vrstev ze směsí organosilikonů anebo organosilazanů s nosnými plyny (např. Ar, O2, N2O, atd.) aby bylo možné vytypovat vhodné typy vrstev pro následné dopování kovovými prvky.
Pro úspěšné řešení tohoto tématu bude velice důležitá důkladná charakterizace tenkých vrstev, jako jsou měření mechanických (nanoindentace, vrypové a nanootěrové zkoušky), povrchových (topografie pomocí AFM, konfokální mikroskopie, studium volné povrchové energie), strukturních a chemických vlastností vrstev (FTIR, XPS, Raman, SEM, TEM, RBS/ERDA atd.). Většina těchto technik je k dispozici na pracovišti ÚFE, TEM můžeme řešit ve spolupráci s ÚFM anebo s CEITEC, RBS/ERDA ve spolupráci s ÚJF (Řež u Prahy). Antibakteriální testy pak můžeme řešit ve spolupráci s FCH VUT, TUL Liberec anebo Univerzitou Tomáše Bati ve Zlíně.
Materiálně je řešení tématu v současné době zabezpečený projektem GAČR 19-15240S.

Specializace: Obecné otázky fyziky

Interaktivní učebnice speciální teorie relativity a elektrodynamiky v příkladech

Školitel: Mgr. Michael Krbek, Ph.D.

V rámci práce bude ve spolupráci se školitelem napsána učebnice zaměřená na řešené, částečně řešené i neřešené příklady. Důraz bude kladen na grafickou vizualizaci řešení pomocí 3D grafiky a animací pomocí moderních technologií jako jsou HTML, CSS, Mathjax, X3D, Three.js, popřípadě dalších vhodných knihoven programovacího jazyka JavaScript. Očekává se, že v rámci řešení práce bude vytvořena nadstavbová knihovna, která tvorbu interaktivních učebnic usnadní.

Specializace: Teoretická fyzika

Žádná témata nejsou vystavena.

Specializace: Vlnová a částicová optika

Žádná témata nejsou vystavena.

Informace o studiu

Zajišťuje Přírodovědecká fakulta
Typ studia doktorský
Forma prezenční ano
kombinovaná ano
Možnosti studia jednooborově ne
jednooborově se specializací ano
v kombinaci s jiným programem ne
Doba studia 4 roky
Vyučovací jazyk čeština
Oborová rada a oborové komise

Váháte?
Máte otázku?

Nechte si poradit v diskusním fóru Masarykovy univerzity

Diskusní fórum MUNI


Nebo nám pošlete e-mail na