Extreme spectroscopy of semiconductor nanostructures

• Thesis title in Czech: Extrémní spektroskopie polovodičových nanostruktur
• Thesis title in English: Extreme spectroscopy of semiconductor nanostructures
• Key words: polovodiče, nanostruktury, optická spektroskopie
• English key words: semiconductor, nanostructure, optical, spectroscopy
• Academic year of topic announcement: 2018/2019
• Thesis type: dissertation
• Thesis language: angličtina
• Department: Department of Chemical Physics and Optics (32-KCHFO)
• Supervisor: prof. RNDr. Jan Valenta, Ph.D.
• Advisors: prof. RNDr. Ivan Pelant, DrSc.

Guidelines

Nanostrukturní materiály umožňují díky kvantovému rozměrovému jevu výrazně ovlivňovat elektronické a optické vlastnosti polovodičů, a proto se soustředí současný (opto)elektronický výzkum právě na technologii a charakterizaci nanostruktur. Jednou z nejvýznamějších metod přinášejících informace o energetické struktuře a dějích spojených s vybuzením a relaxací excitovaných stavů je optická spektroskopie (absorpce, luminiscence atd.). Její aplikace na studium nanostruktur ovšem vyžaduje spojení spektroskopie se zobrazovacím systémem a případně speciální přípravou vzorků.
Úkolem doktorské práce bude rozvoj experimentálních zařízení spojujících mikroskopické zobrazení (na hranici optického rozlišení) s vysoce citlivou spektroskopickou detekcí (na hranici detekovatelnosti): vyřešení zabudování kryogenního zařízení do zobrazovací části aparatury, prozkoumání metod umožňujících obejít difrakční limit klasického optického zobrazení, absolutní kalibrace aparatury pro zjištění kvantových účinností a absorpčních průřezů, práce na rozšíření detekčního oboru z viditelné do blízké infračervené oblasti, měření fotonové statistiky (autokorelace) a další. Hlavní zkoumané nanomateriály budou polovodičové nanokrystaly a nanodráty ? Si, ZnO, InAs a pod. (volné nebo zabudované do fotonických struktur ? vlnovodů a fotonických krystalů) a uhlíkové nanostruktury (nanotrubky, nanodiamanty). Student se bude podílet i na technologii přípravy vzorků nanostruktur.
Kromě domácího pracoviště bude doktorand provádět některé experimenty ve spolupracujících laboratořích v Čechách (Fyzikální ústav a Ústav fyzikální chemie AV ČR v Praze, aj.) i v zahraničí (Královská technika ve Stockholmu, Amsterdamská Univerzita, Strasbourg University a další).

References

bude doplněn později

Preliminary scope of work

Nanostrukturní materiály umožňují díky kvantovému rozměrovému jevu výrazně ovlivňovat elektronické a optické vlastnosti polovodičů, a proto se soustředí současný (opto)elektronický výzkum právě na technologii a charakterizaci nanostruktur. Jednou z nejvýznamějších metod přinášejících informace o energetické struktuře a dějích spojených s vybuzením a relaxací excitovaných stavů je optická spektroskopie (absorpce, luminiscence atd.). Její aplikace na studium nanostruktur ovšem vyžaduje spojení spektroskopie se zobrazovacím systémem a případně speciální přípravou vzorků.
Úkolem doktorské práce bude rozvoj experimentálních zařízení spojujících mikroskopické zobrazení (na hranici optického rozlišení) s vysoce citlivou spektroskopickou detekcí (na hranici detekovatelnosti): vyřešení zabudování kryogenního zařízení do zobrazovací části aparatury, prozkoumání metod umožňujících obejít difrakční limit klasického optického zobrazení, absolutní kalibrace aparatury pro zjištění kvantových účinností a absorpčních průřezů, práce na rozšíření detekčního oboru z viditelné do blízké infračervené oblasti, měření fotonové statistiky (autokorelace) a další. Hlavní zkoumané nanomateriály budou polovodičové nanokrystaly a nanodráty ? Si, ZnO, InAs a pod. (volné nebo zabudované do fotonických struktur ? vlnovodů a fotonických krystalů) a uhlíkové nanostruktury (nanotrubky, nanodiamanty). Student se bude podílet i na technologii přípravy vzorků nanostruktur.
Kromě domácího pracoviště bude doktorand provádět některé experimenty ve spolupracujících laboratořích v Čechách (Fyzikální ústav a Ústav fyzikální chemie AV ČR v Praze, aj.) i v zahraničí (Královská technika ve Stockholmu, Amsterdamská Univerzita a další).

Preliminary scope of work in English

Quantum confinement effect enable to alter considerably electronic and optical properties of materials prepared in form of nanostructures. Therefore the main interest of research in optoelectronics is directed to design, fabrication and characterization of nanostructures. One of the unique sources of information about electronic structures and processes taking place during excitation and relaxation of excited states in materials is optical spectroscopy (absorption, luminescence etc.). In order to apply optical spectroscopy for investigation of nanostructures, the spectroscopic instruments of extreme sensitivity must be integrated with optical imaging systems with maximal resolution and also the samples must be often treated in a special way.
The aim of this PhD work is development of experimental set-ups combining microscopic imaging (on the limits of optical resolution) with extremely sensitive spectroscopy detection. The main challenges are: (i) incorporation of a special cryostat into the imaging part of spectroscopy apparatus, (ii) investigation of methods enabling overcome the classical diffraction limit of optical resolution, (iii) extension of spectral region of microspectroscopy from UV-visible to near infrared, (iv) development of techniques to detect statistics of emitted photons etc. These techniques will be applied to different nanomaterials, mainly silicon and III-V nanocrystals and nanowires (single isolated nanocrystals or photonic structures, waveguides, photonic crystals etc.) and carbon nanostructures (nanotubes, nanodiamonds etc.). A student is supposed to take part also in fabrication of nanostructures (in collaboration with partner laboratories).
This PhD project will be part of national and international research projects. The collaborating institutes include Institute of Physics and Institute of Physical Chemistry Czech Academy of Sciences, ..., Royal Institute of Technology in Stockholm, Amsterdam University, and other partners in Europe.