Posudky závěrečné kvalifikační práce

Posudek vedoucího

Konečná, Andrea

Jiří Kabát se ve své práci zabýval teorií tzv. povrchově zesílených spektroskopií, kdy jinak slabý signál vzorku (např. molekul) je možné detekovat díky jeho interakci s blízkým polem nanostruktur. Práce obsahuje rešeršní část, kde jsou shrnuty základní poznatky týkající se teorie elektromagnetického pole, odezvy bodového dipólu, modelů optické odezvy materiálů a nanostruktur. Autor také shrnul základní charakteristiky různých typů zesílených spektroskopií. Hlavní těžiště práce spočívá v modelování infračervených spekter pro plazmonické a fononické antény interagující se vzorkem (reprezentujícím molekulární vibrace). Autor se neomezil pouze na spektra optická, ale zabýval se také spektroskopii energiových ztrát elektronů. Spektra byla modelována jak numericky, s využitím softwaru Ansys Lumerical a Comsol Multiphysics, tak analyticky, kde byl systém anténa-vzorek aproximován interagujícími bodovými dipóly. Jedním z výstupů práce je analýza nejvhodnější geometrie a typu antény pro dosažení nejlepšího signálu v měření. Jiří začal na tématu intenzivně pracovat již během svého Erasmus pobytu v NanoGUNE v San Sebastiánu pod vedením Prof. Martina Schnella. Během pátého ročníku práci dále významně rozvinul až na úroveň, kdy by některé části práce mohly být v brzké době publikovány. Samotné výpočty prováděl zcela samostatně a zároveň pečlivě. Text práce je na velmi dobré úrovni, jenom u některých formulací je přeci jen znát, že se jedná o autorovu prvotinu psanou v anglickém jazyce. Celkově práci Jiřího Kabáta hodnotím jako vynikající a doporučuji ji k obhajobě.

Dílčí hodnocení
Kritérium	Známka	Body	Slovní hodnocení
Splnění požadavků a cílů zadání	A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod	A
Vlastní přínos a originalita	A
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry	A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii	A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti	B
Grafická, stylistická úprava a pravopis	B
Práce s literaturou včetně citací	A
Samostatnost studenta při zpracování tématu	A

Navrhovaná známka: A

Posudek oponenta

Neuman, Tomáš

Diplomová práce se zabývá teoretickým popisem infračervené (IR) spektroskopie a spektroskopie ztráty energie elektronu (EELS) vzorků s IR aktivními vibracemi. Tyto spektroskopie jsou zesílené přítomností substrátu (povrchem zesílená spektroskopie – povrchem zesílená IR absorpce - SEIRA). Jako možný substrát pro zesílení signálu jsou studovány kovové (zlaté) plasmonické anténky a fononické anténky z hexagonálního nitridu boritého (hBN). Diplomant provedl numerické výpočty spekter a vyvinul analytický model založený na klasické teorii rozptylu elektromagnetického pole. Pomocí modelu dokázal analyzovat mechanismy vedoucí ke vzniku a zesílení signálu v SEIRA a EELS a dále diskutoval použitelnost různých struktur pro provedení těchto spektroskopií. V závěru práce autor využívá teoretických modelů k návrhu optimálních substrátů pro SEIRA a EELS. Tato část práce je originálním přínosem diplomanta a má potenciálně praktické důsledky pro vývoj senzorů založených na SEIRA nebo v rozvoji EELS. Diplomant tímto plně dosáhl všech zadaných cílů práce. K tomu využil adekvátní metodologii a prokázal schopnost samostatně modelovat komplikované fyzikální jevy a interpretovat numerická data. Práce je psána anglicky na odpovídající jazykové úrovni. Krom občasných překlepů nebo chybějících/špatně použitých členů se v textu občas vyskytují i gramaticky nesprávné obraty ("čechismy"). To nicméně nebrání porozumění textu. Po grafické stránce je práce na výši; obrázky a grafy jsou přehledné a elegantně zpracované. Relevantní literatura je řádně citována. Práci tedy doporučuji k obhajobě s celkovým hodnocením A. Níže připojuji pár drobných poznámek k textu: Strana 5/6: Proč jsou P a M definovány pomocí "hustoty dipólů"? Eq. (2.15) nemýlím-li se, výsledek integrálu závisí na geometrii integrační domény. Eq. (2.29) a Eq. (2.30) jsou vadné. Skalár na jedné straně a vektor na straně druhé jsou nekompatibilní. References: Autor občas nekonzistentně používá plné/zkrácené názvy časopisů.

Dílčí hodnocení
Kritérium	Známka	Body	Slovní hodnocení
Splnění požadavků a cílů zadání	A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod	A
Vlastní přínos a originalita	B
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry	A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii	A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti	A
Grafická, stylistická úprava a pravopis	B
Práce s literaturou včetně citací	A

Navrhovaná známka: A

Otázky

V kapitole 4.2 je definován kontrast signálu jako poměr charakteristické spektrální stopy vzorku (signature) a celkové spektrální odezvy antény. Je tento kontrast vhodný pro stanovení citlivosti polem zesílené spektroskopie? Autor dochází k závěru, že nejmenší anténky mají nejlepší kontrast. Není tento závěr poněkud zavádějící? Velmi malé anténky budou mít sotva pozorovatelnou spektrální odezvu; definovat signál pro dostatečně malé anténky nedává smysl. Není experimentálně relevantnější stanovit poměr "signature" k experimentálnímu šumu? Jakou roli hraje geometrická velikost antén, případné pokrytí vzorkem v podobě vrstvy a pod.? Taková úvaha by byla na místě při konstrukci senzoru. Mohl by autor diskutovat volbu parametru pro stanovení experimentální citlivosti spektroskopie nad rámec odstavce na straně 64?
Strana 67. Fig. 4.11(b): Data v obrázku vykazují fluktuace, které by mohly pocházet z nepřesnosti numerické metody. Jaký vliv mají numerické nepřesnosti na polohu maxima, a tedy závěry z grafu vyvozené?
Polarizovatelnost antény je diskutována v souvislosti s modelem, kde je anténa uvažována jako bodový polarizovatelný objekt. V práci je polarizovatelnost numericky počítána pro antény, jejichž velikost je nezanedbatelná vůči prostorovým změnám amplitudy budícího elektrického pole. Autor se rozhodl pro logickou definici polarizovatelnosti, jakožto poměru indukovaného dipólového momentu antény a elektrického pole, které jej indukuje, a které je uvažováno v geometrickém středu antény [Eq. (2.36)]. Jaký vliv má tato definice na numericky vypočítanou polarizovatelnost, je-li uvažována interakce antény s elektronovým svazkem? Očekával bych, že tato polarizovatelnost bude funkcí polohy elektronového svazku vůči anténě. Jaký vliv má tento efekt na výsledky prezentované v diplomové práci?
V teoretickém pojednání o EELS autor uvažuje, že je anténa pouze bodový objekt. Dala by se definice v Eq.(2.31)[resp. Eq. (2.32)] zobecnit pro obecné prostorové rozložení indukovaného vektoru polarizace P uvnitř anténky? Bylo by možné využít reciprocity elektromagnetického pole a odvodit tento výsledek přímo z Eq.(2.25)? Mohl by autor podobné odvození demonstrovat?