Studium počátečních procesů interakce mezi světlem a elektrony v lokalizovaných systémech

• Název práce v češtině: Studium počátečních procesů interakce mezi světlem a elektrony v lokalizovaných systémech
• Název v anglickém jazyce: Investigation of initial processes of interaction between light and electrons in localized systems
• Klíčová slova: Několika-cyklové laserové pulsy|Nelineární optika|Časově rozlišená laserová spektroskopie|Diamant
• Klíčová slova anglicky: Few-cycle laser pulses|Nonlinear optics|Time-resolved laser spectroscopy|Diamond
• Akademický rok vypsání: 2024/2025
• Typ práce: disertační práce
• Ústav: Katedra chemické fyziky a optiky (32-KCHFO)
• Vedoucí / školitel: doc. RNDr. František Trojánek, Ph.D.
• Konzultanti: RNDr. Pavel Malý, Ph.D.

Zásady pro vypracování

Optická spektroskopie je po mnoho desetiletí klasickým přístupem ke zkoumání vlastností materiálů. Nedávný pokrok v laserové technologii a optice otevřel nové experimentální možnosti sledování elektronových procesů na femtosekundových nebo subfemtosekundových časových škálách s nanometrovým prostorovým rozlišením. Teoretické metody se vyvíjely v souladu s tím, v těsném kontaktu s experimentem. V rámci teorie otevřených kvantových systémů lze dynamiku systému řízeného světlem popsat buď poruchově pomocí formalismu odezvových funkcí, nebo neporuchově s explicitním vývojem matice hustoty systému.

Tématem této disertační práce je experimentální a teoretické studium elektronických procesů vyvolaných interakcí ultrakrátkých světelných pulzů s elektrony v lokalizovaných systémech, jako jsou molekuly a barevná centra v pevných látkách. V této třídě systémů vede lokalizace vlnové funkce k dobře odděleným přechodům elektronických excitovaných stavů. Elektronické stupně volnosti jsou bezprostředně excitovány světlem (Condonova aproximace), poté následuje jaderná dynamika, jako je dynamická reorganizace nebo vibrační relaxace. Spolu s dalšími procesy, jako je interakce s okolním objemovým materiálem a s jinými typy defektů, ovlivňují elektronický vývoj a výsledné elektronické vlastnosti materiálu.

Z materiálového hlediska budou studovány dva typy vzorků. Nejprve bude pozornost věnována barevným centrům v diamantu (SiV, NV). Poté bude pozornost upřena na molekulární vzorky, kde budou použity systémy s nanometrovou lokalizací, podobnou velikosti barevných center (molekulární monomery, dimery nebo oligomery na bázi squarainových barviv). Takové molekulární systémy jsou stavebními kameny větších konjugovaných systémů, například těch, které se používají v organické fotovoltaice.

Experimenty časově rozlišené spektroskopie budou probíhat v laboratořích Oddělení kvantové optiky a optoelektroniky Katedry chemické fyziky a optiky. Základními metodami budou měření typu excitace a sondování a čtyřvlnného směšování.

Teoretický popis bude zvolen tak, aby navazoval na experiment. Interakce se světlem bude popsána poruchově a dynamika systému bude formulována pomocí redukovaného popisu s explicitně ošetřenými elektronickými stupni volnosti a několika vybranými vibracemi (fonony) a prostředí bude popsáno jako lázeň složená z harmonických oscilátorů.

Seznam odborné literatury

[1] Fox, M.: Optical Properties of Solids, Oxford University Press, 2010.
[2] Boyd, R. V.: Nonlinear Optics, Academic Press, 2008.
[3] Koizumi, S., Nebel, C., Nesladek, M.: Physics and Applications of CVD Diamond, Wiley-VHC Verlag, 2008.
[4] Nebel, C. E., Ristein J.: Thin-Film Diamond I, Academic Press, 2003.
[5] vybrané články odborných časopisů