KINEÓ II.

Projekt „Fyzici v pohybu II.“ (akronym: KINEÓ II.) navazuje na předchozí projekt "Fyzici v pohybu" (akronym: KINEÓ). Je zaměřen na mobilitu výzkumných pracovníků - juniorů, které Ústav jaderné fyziky AV ČR, v. v. i. (dále jen ÚJF) plánuje vyslat na čtyři přední zahraniční vědecká pracoviště (FAIR Darmstadt, HZDR Drážďany, Univerzita Messina, NHFR Atény), součástí projektu je i roční pobyt zahraničního mladého vědeckého pracovníka v ÚJF AV ČR.

Díky půlročním až ročním stážím zvýší vyslaní pracovníci svou profesionální znalost, posílí mezinárodní kontakty ÚJF a po návratu personálně posílí jeho stávající vědecké týmy. Výběr pracovníků proběhne transparentním interním výběrovým řízením.

Cílovou skupinou jsou doktorandi a post-doktorandi pracující na ÚJF, zejména v oborech teoretická fyziky, jaderné fyziky a rozvoje urychlovačů. Pro ÚJF je tato skupina velmi perspektivní, neboť zakládá na novou generaci vědeckých pracovníků.

V návratové fázi, která bude součástí všech stáží, budou stážisté předávat získané znalosti prostřednictvím přímé interakce se svými kolegy v rámci vědeckých skupin, na celoústavních seminářích, při setkání pracovních skupin, prezentaci výsledků na konferencích a při vedení mladších studentů (Bc., Otevřená věda, apod.). Semináře proběhnou také na vysokých školách spolupracujících s ÚJF (MFF UK, FJFI ČVUT v Praze, VUT Brno, Slezská univerzita Opava). Během realizace projektu vzniknou také společné publikace.

Web ÚJF bude pravidelně informovat o průběhu projektu i jednotlivých klíčových aktivit, včetně zkušeností mladých výzkumných pracovníků s prací v zahraničních organizacích.

Projekt KINEÓ II., reg. č. CZ.02.2.69/0.0/0.0/18_053/00017163, je podpořen Ministerstvem školství, mládeže a tělovýchovy ČR a z prostředků Evropských strukturálních a investičních fondů, operačního programu Výzkum, vývoj a vzdělávání (OP VVV).

Délka projektu: 1. 9. 2020 – 31. 8. 2022

Ústav jaderné fyziky AV ČR, v. v. i., Husinec-Řež, Česká republika

Mentor: Ing. Vít Jakubský, Ph.D.

Studium Diracovských materiálů metodami matematické fyziky. Přijatý post-doc se zapojí do probíhajícího výzkumu těchto materiálů na Oddělení teoretické fyziky ÚJF AV ČR. Vyvine nové teoretické nástroje pro efektivní analýzu nízkodimenzionální Diracovy rovnice nebo souvisejících rovnic, používaných k popisu transportu nábojových nosičů v jedno- nebo vícevrstvém grafenu. Tyto nově vyvinuté metody, ale i metody stávají,í, by měly být následně pracovníkem využity při analýze spektrálních a transportních vlastností nosičů náboje v přítomnosti externích elektromagnetických polí nebo deformací v grafenu či příbuzných materiálech.

Přínos tohoto výzkumu spočívá v lepším pochopení fyzikálních vlastností Diracovských materiálů (grafen a jemu příbuzné materiály). Jde například o studium tzv. "uvěznění" nosičů náboje ve vlnovodech, s potenciálem využití v nanotechnologiích. Dále o rozvoj nových metod matematické fyziky vhodných ke studiu nízkodimenzionální Diracovy rovnice, což ve výsledku rovněž přispěje k možnostem studia a aplikace výše zmíněných grafenupodobných materiálů. Mimo tento faktický přínos dojde i k obousměrnému přenosu dovedností a přístupů mezi původním pracovištěm pracovníka a hostující institucí (ÚJF).

Facility for Antiproton and Ion Research in Europe GmbH (FAIR), Darmstadt, Německo

Mentor: Prof. Dr. Tetyana Galatyuk

Kalibrace a příprava Time-of-Flight detektoru po upgrade vyčítací elektroniky pro další experiment v rámci HADES, Fair Phase 0. Vyslaný pracovník provede oživení, kalibraci detektoru, ověří funkčnost triggerového systému, provede testovací měření s použitím kosmického záření a tato data zanalyzuje. Dále se celkově seznámí s fungováním nové elektroniky a jejích pokročilých možností. K tomuto bude mít ideální podmínky v podobě spolupráce s předními odborníky na elektroniku (zodpovědnými přímo za vývoj a výrobu), data akviziční systémy a detektory obecně. Kromě hardwaru se pracovník zapojí rovněž do analýzy fyzikálních dat.

Experiment HADES se specializuje na měření di-elektronových párů produkovaných v nukleon-nukleonových srážkách, dále ze srážek protonů s jádry a s jádro-jadernými srážkami. Studované elektronové páry jsou jakožto leptonové sondy v silně interagující hmotě nositeli jedinečné minimálně zkreslené informace. TOF detektor je součástí sestavy spektrometru HADES a je zodpovědný za časovou informaci o době letu, která je vitální pro určení hybnosti ve srážkách produkovaných částic.

University of Messina - University degli Studi di Messina, Messina, Itálie

Mentor: Prof. Letteria Silipigni

Studium syntézy nanočástic, jejich charakterizace a použití v materiálové fyzice se zaměřením na biomedicínu a jadernou fyziku. Pracovní pobyt proběhne na Department of Mathematical and Computer Sciences, Physical Sciences and Earth Sciences, University of Messina. Vyslaný pracovník se bude podílet na všech třech krocích při výzkumu nanočástic: syntézou, charakteristikou a následně možnostmi použití. V tomto konkrétním případě jde o syntézu metodou laserové ablace. Budou produkovány nanočástice z různých druhů materiálů: kovy (Au, Bi, ZnO, Gd atd. včetně slitin), nevodiče (polymery, keramika, oxidy, Al₂O₃, atd.) a také z polovodičů (Si, GaAs, SiC, diamantupodobné). Budou testovány různé metody ablace, zejména prostředí (kapaliny/plyny/vakuum) a také různé vlnové délky a opakovací frekvence laserů. V přímé návaznosti na syntetizační fázi budou získané nanočástice studovány různými spektroskopickými technikami (SEM, TEM, EDX, Ramanova spektroskopie, UV-Vis-NIR a FTIR spektroskopie) za účelem popisu jejich fyzikálních vlastností v případě povrchové depozice nebo zakomponování v materiálu. Možnosti aplikace jsou velice široké od fyzikálních, přes energetiku až k biomedicíně. V rámci mobility budou testovány možnosti zabudování nanočástic do polymerů, vrstev grafenového oxidu, grafitu a dalších vhodných materiálů.

Obecné možnosti aplikace nanočástic v jaderné fyzicie a biomedicíně jsou například: využití grafenových vrstev dopovaných nanočásticemi (Au, Ta, W) k tvorbě efektivních stripperů; využití biokompatibilních nanočástic (Au, Ag, Bi) ke zlepšení efektu radioterapie a v případě LiF nebo CrF₃ k zefektivnění protonové terapie.

University of Messina - University degli Studi di Messina, Messina, Itálie

Mentor: Prof. Lorenzo Torrisi

Pobyt v Plasma laser laboratory, Physics department, University of Mesina, bude zaměřen na studium laserového zápisu obrazců a vzorů na materiály na bázi grafenu. Konkrétněji se bude jednat o zápis pomocí nanosekundového laseru do vrstev grafenového oxidu. Tímto zápisem lze měnit elektrochemické vlastnosti původní vrstvy, které otevírají nové možnosti využití těchto materiálů. Jedním z možných oblastí je detekce plynů schopných detekovat a monitorovat koncentrace plynů jako CO2, H2O, H2, O2, NO2, NH3 již na úrovni jednotek ppm (particles per milion). Dalším neméně zajímavým využitím je dozimetrie, kdy změny v oxidové vrstvě a tím i elektrické a případně optické vlastnosti jsou ovlivněny absorbovanou dávkou v měřitelné a predikovatelné podobě. 

Kromě samotného procesu zápisu se bude pracovník zabývat i testováním vlastností připravených vzorků (plynových senzorů a dozimetrů). V rámci mobility budou vyvíjeny a následně testovány oba zmíněné senzory, a to plynové i dozimetrické. Morfologie senzorů bude testována metodou SEM, rentgenovou radiofluorescencí a Ramanovou spektroskopií. Výzkum tak napomůže vývoji nových ultralehkých a flexibilních detekčních prvků. Pracoviště University of Mesina bylo vybráno z důvodu dlouhodobé spolupráce, přístrojového vybavení a vysoce zkušeného týmu. Vyslaný pracovník tak prohloubí spolupráci Ústavu jaderné fyziky AV ČR s University of Mesina a získá nové teoretické i praktické dovednosti, které prospějí následně i ÚJF.

Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf e. V. (HZDR), Drážďany, Německo

Mentor: Dr. Rene Heller

Mobilita proběhne v Ion Beam Center v rámci Institute of Ion Beam Physics and Materials Research v Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) a vyslaný pracovník se zapojí do aktivit spojených s iontovou implantací vzácných zemin a přechodových kovů do krystalických a amorfních materiálů. Účelem této iontové implantace bude studium změn elektrických a optických vlastností ozařovaných materiálů.

Pracovník se v rámci svého úkolu bude podílet nejen na procesu implantace, ale také na následné analýze získaných vzorků metodami RBS, RBS-kanálování, ERDA a TOF-ERDA. Použitými substráty budou zejména krystaly GaN, ZnO, ZrO2 a implantace bude prováděna ionty urychlenými na energie v řádech keV-MeV. Práce bude zaměřena na studium vztahu optických a elektrických vlastností ke změnám krystalických materiálů s hexagonální krystalickou mříží (ZnO, GaN) způsobených iontovou implantací. Tyto krystaly jsou zajímavé svými unikátními vlastnostmi a pro svou širokou aplikovatelnost v elektronice, optoelektronice a dalších oblastech, kde v závislosti na struktuře a složení mohou sloužit jako zdroje UV záření, chemické senzory, vlnovody a optoakustická zařízení.

Konkrétně půjde o studium vlivu krystalické struktury na růst, morfologii a hloubkovou distribuci nanočástic vzácných zemin a přechodových kovů vytvořených iontovou implantací a také o studium míry poškození krystalické struktury v závislosti na tipu a energii použitých iontů. Strukturální změny a poškození způsobené iontovou implantací v současnosti ještě nebyly zcela objasněny a studium polohy implantovaných atomů a jejich vliv na optické a elektrické vlastnosti krystalů jsou důležitým tématem studia těchto materiálů.

National Hellenic Research Foundation (NHRF), Atény, Řecko

Mentor: Maria Kandyla, Ph.D.

Mobilita proběhne v National Hellenic Research Foundation (NHRF) a vyslaný pracovník se bude zabývat studiem senzorů plynů na bázi tenkých vrstev oxidů kovů. Tyto senzory jsou výjimečné zejména schopností detekovat plyny už ve velmi nízkých koncentracích. Tím najdou uplatnění nejen v průmyslu, monitoringu ovzduší, vědě, ale jsou využitelné i z hlediska bezpečnosti, protože umožňují detektovat například vodík a také toxické plyny již od velmi malých koncentrací. Dalším oborem je medicína, kde senzory vykazují dobré předpoklady pro detekci plynů v dechu a medicínské diagnostice. Zde lze zmínit např. aceton jakožto průvodní symptom diabetické ketoacidózy, jedné z komplikací diabetu mellitu obou typů. Jde proto o velmi perspektivní výzkum s vysokou užitnou hodnotou.

Výzkum i produkce těchto senzorů byly před dvěma lety zahájeny také v Ústavu jaderné fyziky AV ČR, v. v. i. (ÚJF), avšak senzory produkované v NHRF vykazují vyšší a rychlejší odezvy než senzory připravené v ÚJF. Pobytem pracovníka tak dojde k osvojení si pokročilých znalostí a dovedností nutných k produkci vysoce kvalitních senzorů. Vzhledem k dobrému vybavení laboratoře v oblasti charakteristiky senzorů a také měření složení základních materiálů získá pracovník vitální zkušenosti k provozu a rozvoji laboratoře, budované v ÚJF. Laboratoř v NHRF má dlouhodobé zkušenosti (a publikační historii) ve výzkumu senzorů plynů na bázi oxidů kovů a je komplexně vybavena pro přípravu vrstev a studium jejich strukturních a senzorických vlastností. Pracovník se zapojí do tematiky senzorů v podobě přípravy základních materiálů a nanášení vrstev. Následně se bude podílet na měření a charakterizaci senzorů.

Facility for Antiproton and Ion Research GmbH, Planckstr. 1, 64291 Darmstadt, Německo

University of Messina - University degli Studi di Messina, Piazza Pugliatti 1, 98122 Messina, Itálie

Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, Bautzner Landstrasse 400, 01328 Dresden, Německo

National Hellenic Research Foundation, 48 Vassileos Constantinou Ave., 116 35 Athens, Řecko

Projektový manažer:

RNDr. Ing. Petr Chudoba, Ph.D.
tel.: +420 266 173 152
e-mail: chudoba@ujf.cas.cz