Přeskočit na hlavní obsah
Přeskočit hlavičku

Výzkumnná činnost

  • Modelování, návrh a charakterizaci struktur tenkých vrstev, periodických systémů a metapovrchů
  • Studium spintronických struktur a laserových emitorů, vývoj pokročilých difraktivních struktur pro holografické ochranné prvky, texturované povrchy pro fotovoltaické aplikace, návrh komponent pro kontrolu polarizačního stavu

Teoretický výzkum a optické modelování je podpořeno experimentálním vybavením v našich laboratoří. Pro náročné numerické modely využíváme infrastrukturu IT4I a dostupné softwarové vybavení.  Nanotruktury připravujeme v laboratoři optické litografie a depozice tenkých vrstev. Pro charakterizaci materiálů a struktur využíváme experimentální zázemí laboratoře optické spektroskopie a elipsometrie, díky níž jsme schopni studovat optickou odezvu vzorku v oblasti od ultrafialového záření až po terahertzové vlny. V laboratoři ultrakrátkých laserových pulzů studujeme ultrarychlé dynamické děje v pevných látkách pomocí průchodu laserového pulzu vzorkem.

Výzkum Laboratoře fyziky nanostruktur je zaměřen na následující oblasti:

Spinové lasery a spin-optoleletronika

Spinové lasery jsou polovodičové multivrstevnaté struktury, v nichž rekombinace spinově polarizovaných elektronů v kvantových jámách vedou k emisi kruhově polarizovaných fotonů. Možnost využití a modulace spinu elektronů společně s implementací nízkodimenzionálních nanostruktur (periodické mřížky, kvantové jámy, kvantové doty) otevírá široké horizonty v moderním polovodičovém výzkumu a informačních technologiích.  Hlavními cíli tohoto výzkumného směru jsou i) modelování časově závislých dynamických vlastností laserů s využitím superpočítačových kapacit, ii) návrh a příprava inovativních nízkodimenzionálních struktur pro lasery nové generace a iii) teoretické a experimentální studium spinových laserů pro kompaktní zdroje terahertzového záření a pro ultrarychlý přenos dat. V rámci tohoto cíle rovněž dochází k rozvoji vědecké spolupráce s předními zahraničními pracovišti – CNRS Unité Mixte de Physique ve Francii a EPSRC National Epitaxy Facility, University of Sheffield v Anglii. 

Aplikovaná holografie, difraktivní povrchy a metapovrchy

Zabýváme se návrhem a přípravou nanostruktur využívajících optického laserového litografu a systému pro depozici tenkých vrstev. Optický litograf umožňuje přímý zápis navrhované struktury s rozlišením až 300 nm a celkovou velikostí zapisovaného motivu až 10x10 cm. Po zápisu, je fotorezist vyvolán a může být pokryt tenkou vrstvičkou (v řádech jednotek či desítek nanometrů) v reaktoru depozice tenkých vrstev. Tento systém umožňuje naprašovaní tenkých kovových a dielektrických vrstev. Pro speciální aplikace a materiály je možné připravit tenké vrstvy kovů termální evaporací. Předností je možnost depozice až 4 různých materiálů během jednoho procesu, a to i s využitím depozice v reaktivní, atmosféře (kyslík, dusík). Depoziční aparaturu je možné osadit spektroskopickým elipsometrem a monitorovat a kontrolovat tak růstové procesy v reálném čase.

Podílíme se rovněž na aplikovaném výzkumu v oblasti bezpečnostní holografie. Navrhujeme a optimalizujeme nové difraktivní struktury, které jsou využívány v bezpečnostních hologramech pro ochranu osobních dokladů, cenin, kolků a výrobků před paděláním.

Optická spektroskopie a elipsometrie

Interakce světla s látkou závisí na optických vlastnostech zkoumaného materiálu, struktuře a na vlnové délce světla, kterým si na náš experiment posvítíme. Chceme-li určit optické vlastnosti materiálu v určité části spektra elektromagnetického záření, provádíme spektroskopii. Naše instrumentální zázemí je schopné pokrýt velice širokou oblast počínaje teraherzovou oblastí až do blízké ultrafialové oblasti. Jeden z klíčových pilířů naší práce je specializace na určení kompletních polarizačních vlastností materiálu pomocí elipsometrie. Unikátním vybavením naší laboratoře je časově rozlišená terahertzová spektroskopie. Ta na rozdíl od běžných optických metod dovoluje kromě intenzity záření detekovat i jeho fázi, tedy kompletní optickou odezvu. Naprostou novinkou je prototyp mikroskopu Muellerovy matice představující kombinaci klasického optického mikroskopu a spektroskopického elipsometru. Právě tato kombinace dává studiu polarizačních vlastností zcela nový rozměr.

Terahertzová fotonika v časové doméně a laboratoř ultrakrátkých laserových pulzů

Tato výzkumná aktivita je zaměřena na vývoj nových struktur a zdrojů umožňujících generaci a kontrolu polarizačního stavu terahertzového záření. Při výzkumu využíváme experimentální zázemí laboratoře ultrakrátkých laserových pulzů. Stěžejní část naších aktivit je zaměřena na rozvoj terahertzové spektroskopie v časové doméně, kde využíváme ultrakrtátkých laserových pulzů ke generaci elektromagnetického záření o době až 10 fs. S využitím této metody jsme schopni studovat optické vlastnosti materiálů a struktur ve spektrální oblasti od 100 GHz do 4 THz. Ultrakrátké laserové pulzy dále využíváme pro rozvoj pump-probe spektroskopie, která umožňuje pozorování dynamických jevů v pevných látkách. Například excitaci elektronu do vyššího energetického stavu a jeho následnou relaxaci do stavu základního nebo také při studiu dynamických jevů ve složitějších molekulách. Tato pozorování jsou využívána při studiu transportu elektronů strukturou nebo pro kontrolu spinu elektronu a kontrolu magnetismu v nano strukturách.

V rámci projektu s-Nebula (http://s-nebula.eu, Horizon2020), na kterém pracujeme společně se 7 partnery evropských laboratoří studujeme nové terahertzové zdroje světla, které využívají spin elektronu a spintronických jevů a využíváme je pro terahertzovou elipsometrii.

Hlavní aktivity našeho výzkumu:

  • Rozvoj metod terahertzové elipsometrie v kombinaci s pump-probe technikami
  • Terahertzová spektroskopie v časové doméně
  • Vývoj a charakterizace nových terahertzových zdrojů se zameřením na spintronické zdroje umožňující kontrolu polarizace emitovaného záření.
  • Magnetooptická měření v časové doméně
  • Charakterizace polarizačního stavu generovaného terahertzového záření a jeho kontrola

Kontakt

Ing. Lukáš Halagačka, Ph.D

e-mail: 

tel.: +420 596 999 547