Přenos excitační energie v modifikovaném fluorografenu

• Název práce v češtině: Přenos excitační energie v modifikovaném fluorografenu
• Název v anglickém jazyce: Excitation energy transfer in modified fluorographene
• Klíčová slova: přenos energies, excitony, 2D materiály, grafen, fluorografen, vibrační stupně volnosti, molekulární agregáty,
• Klíčová slova anglicky: energy transfer, excitons, 2D meterials, graphene, flourographene, vibrational degrees of freedom, molecular aggregates,
• Akademický rok vypsání: 2017/2018
• Typ práce: diplomová práce
• Ústav: Fyzikální ústav UK (32-FUUK)
• Vedoucí / školitel: doc. Mgr. Tomáš Mančal, Ph.D.

Zásady pro vypracování

1. Prostudovat odbornou literaturu k tématu a získat přehled o teorii přenosu energie v molekulárních systémech
2. Sepsat podrobnou rešerši
3. Osvojit si teoretický popis kompozitních kvantových systémů v interakci s okolím
4. Osvojit si práci se simulačním softwarem a aktivně se podílet na jeho rozšíření
5. Simulovat přesnos energie v modelových 2D meteriálu s poruchami

Seznam odborné literatury

[1] H. van Amerongen, L. Valkunas and R. van Grondelle, Photosynthetic Excitons, World Scietific, Singapore, 2000
[2] S. Mukamel, Principles of Nonlinear Spectroscopy, Oxford University Press, Oxford, 1995
[3] V. May and O. Kuhn, Charge and Energy Transfer Dynamics in Molecular Systems, Wiley-VCH, Berlin, 2000
[4] R. E. Blankenship, Molecular Mechanisms of Photosynthesis, Blackwell Science, Oxford, 2002

Předběžná náplň práce

Při pohledu z naší makroskopické perspektivy směrem do nanosvěta se v živých organizmech setkáváme se stále se zmenšujícími stavebními bloky, jejichž vzájemné interakce umožňují značnou strukturní rozmanitost a pružnost v adaptaci na vnější podněty. Odhlédneme-li od samotných atomů, pak nejnižší úroveň této organizace představují malé molekuly, jako jsou baze DNA, chlorofyly, karotenoidy a další, které plní různé funkce v závislosti na vzájemných interakcích a interakcích s proteiny, které je obklopují. Ve fotosyntéze absorbují molekuly chlorofylu světelnou energii na různých vlnových délkách, přenášejí ji do reakčního centra, kde pak více či méně stejné typy molekuly poskytují elektron pro přeměnu excitační energie na chemickou. Ta pak pohání fotosyntetickou mašinérii. Principy stavby fotosyntetických systémů mohou být při nalezení vhodných umělých stavebních kamenů vhodnou inspirací pro konstrukci umělých fotosyntetických a fotovoltaických prvků. Jedním z materiálů, který je v tomto ohledu studován a grafén a jeho deriváty. V této práci se budou zkoumat podmínky přenosu energie na 2D materiálu, fluorografenu, s poruchami způsobenými chybějícími fluory. V místech kde chybí atomy fluoru vznikají malé ostrůvky grafenu, které si lze představit jako molekuly s pi-konjogovanýmy systémy orbitalů. Jejich různou organizací lze dosáhnout podmínek podobných těm, za nichž se přenáší excitační energie ve fotosyntetických atenách. Cílem projektu je prozkoumat teoretické podmínky přenosu energie na omezených 2D geometriích materiálu. Řešitel bude systematicky uveden do teorie optické spektroskopie, dynamiky otevřených kvantových systémů a příslušných partií pokročilé statistické fyziky a kvantové mechaniky. Předpokládá se, že řešitel absolvoval kurs kvantové mechaniky a statistické fyziky, kvantová teorie molekul je výhodou. Řešitel by měl být schopen programovat v některém programovacím jazyce - práce na simulačním programu vyžaduje Fortran 95 nebo C. Pro čtení původní literatury je třeba alespoň pasivní znalost angličtiny. Předpokládá se, že výsledky této práce budou publikovány v odborném časopise. Zájemci o bližší informace nechť mě kontaktují na: [e-mail]

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

Looking from our macroscopic perspective towards the nanoworld, the living organisms display smaller and smaller building blocks, interaction of which enables large structural diversity and flexibility in adaptations to the outside conditions. Besides atoms, the lowest level of this organization is represented by small molecules, such as DNA bases, chlorophylls, carotenoids etc. that have different functions depending on their mutual interactions and interactions with proteins that surround them. In photosynthesis, the chlorophyll molecules absorb light energy on different wavelengths, transport it into the reaction center, where, more or less, the same type of molecules supply an electron for conversion of the excitation energy into its chemical form. This energy then drives the photosynthetic machinery. Design principles of photosynthetic systems can be a suitable inspiration for a construction of artificial photosynthetic and photovoltaic components when suitable materials are found. One of such materials, which is studied in this respect, is grapheme and its derivates. In this work we will study the conditions of energy transfer in a 2D material, fluorographene, with perturbations caused by missing fluorine atoms. In the places where the fluorine atoms are missing, isles of graphene are formed, which can be understood as molecules with pi-conjugated systems of electrons. By various organisation of these isles on can create conditions similar to those which are know from the excitation energy transfer in photosynthetic antennae. The aim of this project is to study theoretical conditions of energy transfer on constrained 2D geometry of the material. The student will be provided with a systematic introduction into the theory of optical spectroscopy, dynamics of open quantum systems and corresponding parts of advanced statistical physics and quantum mechanics. Basic course of quantum mechanics and statistical physics is assumed, quantum theory of molecules is an advantage. The student should be capable of programming in some programming language - the work on the simulation program requires Fortran 95 or C. For reading of the original literature, at least passive knowledge of English is necessary. It is assumed that the results of this work will be published in a scientific journal. For more information contact me at: [e-mail]