Růst monokrystalů scintilátorů metodou zonální tavby

• Název práce v češtině: Růst monokrystalů scintilátorů metodou zonální tavby
• Název v anglickém jazyce: Growth of scintillator single crystals by floating zone method
• Klíčová slova: monokrystal|metoda plovoucí horké zóny|optická pec|Nd:YAG
• Klíčová slova anglicky: single crystal|floating zone method|optical furnace|Nd:YAG
• Akademický rok vypsání: 2024/2025
• Typ práce: diplomová práce
• Ústav: Katedra fyziky kondenzovaných látek (32-KFKL)
• Vedoucí / školitel: doc. RNDr. Jiří Pospíšil, Ph.D.

Zásady pro vypracování

1)Ověřit možnost růstu krystalů scintilátorů v optické halogenové a laserové peci z prekurzorů používaných ve firmě Crytur, spol. s r.o.
2)Provést analýzu růstových procesů v obou typech pecí
3)Vypracovat operační postup na růst krystalů scintilátorů metodou zonální tavby v optických pecích, který povede k jejich reprodukovatelné kvalitě.
4)Analyzovat možnost využít metodu zonální tavby prováděnou v optických pecích pro růst nových typů a kompozic scintilátorů s potenciálem průmyslového využití.

Seznam odborné literatury

1. Struktura a vlastnosti krystalů, Ivo Kraus. Academia 1993

2. Základní procesy růstu monokrystalů pro optoelektroniku, Jan Novotný, Academia 2003

3. Springer Handbook of Crystal Growth, Govindhan Dhanaraj, Kullaiah Byrappa, Vishwanath Prasad, Michael Dudley, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2010

4. Časopisy a žurnály dostupné přes univerzitní knihovnu

Předběžná náplň práce

Monokrystaly jsou důležité pro fyzikální výzkum i pro průmyslové aplikace. Jednou z aplikací jsou aktivní prostředí laserů nebo scintilační detektory na bázi oxidů o struktuře granátu a perkovskitu. Na světové úrovni se výrobou těchto typů monokrystalů pro tyto aplikace zabývá česká firma Crytur spol. s r.o. Ve firmě Crytur jsou instalována velká zařízení na růst monokrystalů Czochralského metodou. Zájmem firmy je rozšířit portfolio dodávaných materiálů a zlepšit průmyslové vlastnosti současných. To vyžaduje přípravu materiálů o nových kompozicích, případně vhodné dopování stávajících materiálů. V tomto kontextu jsou v technologických laboratořích KFKL instalovány unikátní optické pece, u kterých je předpoklad úspěšné přípravy monokrystalů dané třídy, avšak s o několik řádů menší spotřebou materiálu.

Předmětem diplomové práce je ve spolupráci se jmenovanou firmou ověřit možnost růstu průmyslově vyráběných monokrystalů v optických pecích instalovaných v technologických laboratořích KFKL MFF UK. Jelikož se monokrystaly rostou v optické peci metodou zonální tavby, oproti Czochralského metodě tažení monokrystalu z taveniny užívanou ve firmě Crytur, je třeba v prvním kroku provést srovnávací studii. Předmětem bakalářské práce je příprava monokrystalů v optických pecích z ověřených prekurzorů používaných pro průmyslový růst Czochralského metodou. Cílem práce je pokusit se vyladit růstový proces tak, aby získané monokrystaly měly srovnatelnou kvalitu a vykazovaly identické fyzikální vlastnosti, jako monokrystaly připravené ve firmě Crytur Czochralského metodou.
Výstupem diplomové práce by měl být reprodukovatelný operační postup pro růst scintilačnách monokrystalů metodou zonální tavby.
V dalším budoucím kroku, nalezený operační postup bude využit na syntézu zcela nových scintilačních monokrystalů, jejichž převedení do průmyslového měřítka bude podstatně zjednodušené předchozí ověřovací studií.

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

Solid matter in the form of single crystal is key for successful material research and also in applications. One of examples is field of active matter of lasers or scintillation detectors based on oxides of garnet or perovskite crystal structure. Global provider of this class of single crystals is Crytur company. Single crystals are grown by Czochralski method in the furnaces of industrial scale. The company interest is focused on improvement of the properties of currently available single crystals and finding of new materials with application potential. It requires completely new compositions or effective dopants in parent materials.
In this context, unique optical furnaces for floating zone methods are installed in the technology labs of KFKL MFF UK in which successful growth process of single crystals is expected, however with several magnitude lower consumption of the expensive precursors.
The aim of the diploma thesis is verification of growing process of scintillator single crystals in the optical furnaces installed in KFKL MFF UK from precursors used for industrial Czochralski process. Single crystal are grown by floating zone method in contrast to Czochralski method used in Crytur company, therefore it is necessary to perform comparative study in the first step.
The subject of the diploma thesis is to grow scintillator single crystals in optical furnaces using precursors for industrial Czochralski process. The target of the thesis is tuning of the growing process by floating zone method to receive single crystals of identical quality and physical properties comparable with the industrial ones recived by Czochralski process. The expected output is an operation manual of conditions and parameters for reproducible growth of scintillator single crystals by floating zone method.
Later, the verified reproducible procedure will be used for synthesis of new classes of single crystals with interesting propertis. Transformation to industrial scale will be significantly simplified thanks to results of floating zone comparative study.