Dissertations / Theses on the topic 'Spektroskopia elektronowa'

The aim of the study was the use of modem physical techniques to study biological materials. Knowledge of the structure and elemental composition of the bacterial cells surface and the modifications occur in them is important due to the fact that the surface structures of the first contact with the environment, to protect cells from harmful substaces and are involved in interactions between other cells of the bacteria. The experiments were carried out using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and scanning electron microscope (SEM) equipped with "Cryo-chamber”, which gives the possibility of testing biological samples in a frozen state. These methods enabled receiving images of surface topography of the bacteria and demarcated their chemical composition. This work presents the results of studies on bacteria isolated from the air indoor spaces, such as dental offices and gyms, and the external environment sewage treatment plant, located in the province of Silesia. In addition, the chemical composition of the surface layer of the bacteria and morphological changes were studied in the cell wall bacteria Bacillus subtilis and Escherichia coli that were grown at different temperatures and different pH. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) gives high information content and yields quantitative data on elemental composition and chemical bonding of the surface layer of the bacteria. Based on the registered inspection XPS spectra, in the energy 0 - 1400 eV, average atom concentration elements on the surface of the tested microorganisms was determined. The calculations were performed using the Physical Electronics Multipak which includes only those elements for which the characteristic lines are clearly visible in the spectrum. When interpreting the results the special attention was put on the determination of major elements (C, O, N, P) and remaining (K, Cl, Mg). An interesting observation was made in the elemental analysis of the bacterial surfaces for two examples of XPS spectra of Bacillus subtilis in the temperature 37°C and 20°C. Fitted lines of carbon (C1 s) and oxygen ( 0 1 s) of the bacterial samples tested for both temperatures (20°C and 37°C) using SimPeak. Analysis of this main line allowed the identification of various functional groups participating in the biomaterial of the bacterial surface. The XPS lines related to the optimal temperature are narrower and the functional groups are better distinguishable. This indicates the better quality of the cell wall surface. Observations of frozen the bacteria in Cryo-SEM have allowed to gain information about their surface structure, both at low and high magnifications and to determine their size. The length, thickness and smoothness of the surface of the bacteria grown in the optimal temperature are different than at a sub-optimal temperature. Also, the electronic structure is different, and the deconvolution lines C 1 s and O 1 s in bacteria grown at temperature 20°C revealed an additional peak. This is due to immaturity of the cell wall surface. Presence of the additional lines indicates that the temperature is one of environment of the main factors affecting the structure of the bacteria.

Tato práce se zabývá mikroskopickými technikami využívajícími elektronový a iontový svazek pro přípravu a charakterizaci plazmonických nanostruktur. Analytická elektronová mikroskopie je představena se zaměřením na aplikace v oblasti plazmoniky. Důraz je kladen na spektroskopii energiových ztrát elektronů (EELS) a katodoluminiscenci. Dále je diskutována výroba plazmonických vzorků pro transmisní elektronovou mikroskopii, přičemž je kladen důraz na litografii iontovým svazkem a na přípravu vzorků za použití chemicky syntetizovaných částic ve vodném roztoku. Hlavní výzkumné výsledky práce jsou rozděleny do čtyř částí. První část se věnuje komparativní studii plazmonických antén vyrobených elektronovou a iontovou litografií. Přestože obě techniky jsou vhodné pro výrobu plazmonických antén, elektronová litografie by měla být upřednostňována před iontovou litografií díky lepší kvalitě výsledných antén a jejich silnější plazmonické odezvě. Antény vyrobené iontovou litografií mají neostré okraje, vykazují výrazné kolísání tloušťky a jsou také silně kontaminovány nejen organickými kontaminanty, ale také rezidui po iontové litografii včetně implantovaných iontů z iontového svazku a atomů titanové adhezivní vrstvy. Ve druhé části je zkoumán Babinetův princip komplementarity pro plazmonické nanostruktury na sérii zlatých diskových antén a komplementárních apertur ve zlaté vrstvě s různými průměry. Komplementarita je potvrzena pro základní plazmonické vlastnosti jako rezonanční energie, ale rozdíly způsobené omezenou platností Babinetova principu jsou patrné například pro prostorové rozložení blízkého pole plazmonových polaritonů. Třetí část shrnuje studii nanostruktur s funkčními vlastnostmi souvisejícími s lokálním zesílením elektrického a magnetického pole. Obzvlášť silné lokální zesílení pole vykazují plazmonické antény tvaru bowtie a diabolo, a to jak ve formě částic, tak ve formě apertur. Naše studie umožnila identifikovat několik módů lokalizovaných povrchových plazmonů v těchto anténách a charakterizovat jejich vlastnosti včetně energie módu, rozložení elektrické a magnetické složky blízkého pole módu, a kvalitativní rozložení uzlů náboje a proudu souvisejících oscilací elektronového plynu. Dále jsme studovali laditelnost energií módů v blízké infračervené a viditelné spektrální oblasti a zaměřili jsme se na Babinetovskou komplementaritu mezi přímými a invertovanými anténami. Poslední část je zaměřena na stříbrný amalgám, nový a velmi perspektivní plazmonický materiál. Změnou velikosti stříbrných amalgámových nanostruktur může být jejich plazmonová rezonance laděna od oblasti ultrafialového záření přes celou viditelnou až po infračervenou oblast. Jelikož stříbrný amalgám je dobře prozkoumán v oblasti elektrochemie, stříbrné amalgámové nanočástice otevírají možnost kombinovat plazmoniku a elektrochemii dohromady.

This master thesis deals with conventional methods of bacterial cell analysis, polyhydroxyalkanoates, Raman spectroscopy and electron microscopy in the theoretical part. The production of polyhydroxybutyrate by selected thermophilic bacteria and their analysis by gas chromatography, cryogenic scanning electron microscopy and Raman spectroscopy is described in the experimental part. The chosen sample was analyzed by a transmission electron microscope. Comparing the results from previous mentioned methods it was found that the bacteria Schlegelella thermodepolymerans accumulated the highest amount of PHB. The lowest amount of PHB was obtained by bacteria Rubrobacter xylanophilus. The assumption that the PHB granules formed so-called needle-like plastic deformations during freeze-fracturing was affirmed by cryo-SEM photos analysis. Moreover, it was found that the bacterial cell characterization deduced from microscopic observation of samples corresponded to the description in the literature. TEM provided better resolution photos and in consequence the cells and PHB are more visible. The thesis is also focused on chemical fingerprint analysis of cells by Raman spectroscopy. Several biomolecules were identified by measured Raman spectra for the particular samples.

Cílem diplomové práce je navrhnout konstrukční řešení držáků vzorků pro vysokofrekvenční elektron paramagnetickou resonanci. Předmětem návrhu je vytvořit jednoduchý zamykací systém pro spojování mikrovlnného vlnovodu a držáku vzorku. Dále navrhnout systém s řešením držáku pro více vzorků. Toto unikátní provedení držáku povede k několikanásobné úspoře celkového času měření vzorků. Poslední návrh spočívá v optimalizaci držáku vzorku s možností naklápění osy, kterou lze díky přímému napojení na piezoelektrický rotátor pootáčet s přesností na miliradiány. Oba typy držáku vzorku jsou navrženy s ohledem na automatizaci měření.

The aim of this work is to describe the influence of temperature on the structure and chemical composition of electrode materials for Li-ion accumulators. Theoretical part of this thesis contains described terminology and general issues of batteries and their division. Every kind of battery is provided with a closer description of a specific battery type. A separate chapter is dedicated to lithium cells, mainly Li-ion batteries. Considering various composition of Li-ion batteries, the next subchapters deeply analyzes the most used cathode (with an emphasis on the LiFePO4, LiMn1/3Ni1/3Co1/3O2) and anode materials (with an emphasis on the Li4Ti5O12). The next chapters describe the used analytical methods: electron microscopy, energy dispersion spectroscopy and thermomechanical analysis. The practical part is devoted to the description of the individual experiments and the achieved results.

This master’s thesis deals with the modelling of electronic properties of graphite crystal, which are measurable using a spectrometer based on high frequency electron paramagnetic resonance (HFEPR for short) located in laboratories of CEITEC BUT. This is especially the band structure of graphite and its Landau levels. The theoretical part of the thesis describes key effects and connections from quantum mechanics and definitions of important terms from solid state physics, which are used to describe the crystalline structure of graphite and its electronic properties. Furthermore, the project describes the HFEPR spectrometer and its functional principle. In the practical part of the thesis, there are numerical models of the band structure of graphite and of its Landau levels and description of the preparation of a graphite sample for measurement. At the end of the practical part there is the analysis of measurements results, namely the cyclotron resonance and Shubnikov-de Haas oscillations, thanks to which it is possible to determine physical parameters of the sample, such as effective mass of charge carriers and fundamental frequency.

The theoretical part of the diploma thesis deals with the basic principles of the scanning electron microscope and the environmental scanning electron microscope. A description of the signals generated by an electrons incidence onto a specimen and detection options of these signals in the mentioned microscopes is included in the work. The experimental part of the work concerns an examination of a quality of several joints soldered by different methods on the printed circuit boards after different stresses by use of a visual check and the instruments of the light microscope and the environmental scanning electron microscope. The acquired data are evaluated and summarized.

U ovom radu prikazani su rezultati ispitivanja termičkih, mehaničkih, električnih i optičkih karakteristika kvazibinarnih halkogenida iz sistema Bi-As2S3. Na osnovu termičkih merenja analizirana je kinetika kristalizacionih i predkristalizacionih procesa i utvrđen je mehanizam dekompozicije za različite sastave dobijenih stakala. Primenom impedansne spektroskopije kvantitativno su ocenjeni doprinosi relaksacionih procesa na pojedinim temperaturama u ukupnoj polaraziciji za stakla sa 5 i 7 at.% Bi. Na osnovu merenja Raman spektroskopije identifikovane su nastale strukturne jedinice i konstatovana pojava nanofazne separacije u staklima sa 1.5 i 3 at.% Bi. Mehanička merenja ispitivanih halkogenida različitog sastava ukazala su na povećanje Vickers-ove tvrdoće sa povećanjem udela primesnih atoma. Na osnovu procenjene vrednosti modula elastičnosti ustanovljeno je da uzorak sa 5 at.% Bi odlikuje najgušće atomsko pakovanje. Merenja električnih karakteristika u jednosmernom režimu (DC) pokazala su da je udeo lokalizovanih stanja u ukupnom mehanizmu provođenja značajan samo za manje koncentracije primesnih atoma, a da za veće koncentracije dominantan faktor postaju preskoci između delokalizovanih stanja. Skok u provodljivosti za nekoliko redova veličine kod sastava sa složenijom strukturom protumačen je kao posledica fazne separacije. Rezultati  ACmerenja dobijeni za sastav sa 5 at.% Bi ukazali su da je u mernom frekventnom intervalu i dalje dominantan mehanizam termičke aktivacije nosilaca naelektrisanja. Kod sastava sa maksimalnim sadržajem Bi uočena je promena provodljivosti u funkciji frekvencije na svim temperaturama, a dobijeni rezultati su u skladu sa postavkama modela korelisanih preskoka barijere (CHB model).
This paper presents the results of investigation ofthermal, mechanical, electrical and optical propertiesof quasibinar chalcogenides from the system Bi-As2S3. Kinetics analysis of softening and crystallizationprocesses was done on the basis of thermalmeasurements, as well the analysis of decompositionmechanism for different compositions of obtainedglasses. The application of impedance spectroscopy enabled quantitative description of relaxation process contributions at selected temperatures in the overallpolarization for the samples with 5 and 7 at.% Bi. Based on measurements of Raman spectroscopy identification of structural units in the investigated chalcogenides was made, as well as the appearance of nano-scale phase separation in the glasses with 1.5 and 3 at.% Bi. Mechanical measurements pointed to the increase of the Vickers hardness with increase of doping atoms content.  Based on the estimated value of the modulus of elasticity it was found that the sample  with 5 at.% Bi is characterized by the densest atomic arrangement. Measurements of the electrical properties in dc regime (DC) pointed out that the share of localized states in the whole mechanism of conduction is significant only for the smaller concentrations of doping atoms. For the samples with higher concentrations dominant  factor in conductivity are transitions between delocalized states. The jump in conductivity by few orders of magnitude, noticed for the compound with heterogeneous structure was interpreted as a consequence of micro-scale phase  separation. Results of  ACmeasurements for the  composition with 5 at.% Bi showed that the mechanism of thermal activation of charge carriers is still dominant in the measured frequency range. For   the composition with the maximum content of Bi changes in conductivity versus frequency were observed at all temperatures, and the results were interpreted in accordance with the model of correlated hopping over the barrier (CHB).

U okviru doktorske disertacije predstavljene su elektronska i fononska struktura odabranih organometalnih materijala koji u svom sastavu imaju metale cink, kobalt ili bakar i organsko jedinjenje piridoksalaminogvanidin (PLAG). Predstavljene su realizacija i karakteristike organske svetleće diode zasnovane na najboljem od ispitivanih materijala. Urađena je detaljna analiza fotoluminescentnih spektara i njihovo razlaganje na proste komponente koristeći Lorencov model. Izvršeno je poređenje sa od ranije poznatim materijalom koji pokazuje visok stepen luminescencije. S obzirom da istraživanja vezana za organske svetleće diode uzimaju sve veći zamah i da ove diode postaju sve prisutnije u industrijskoj serijskoj proizvodnji, napravljena je detaljna analiza ove tehnologije i mehanizama koji se kriju iza nje. Urađeno je podrobno istraživanje kako na nivou elektrona u datim supstancama, tako i na nivou sloja organske svetleće diode. Na kraju je izvršena analiza rada diode sa integrisanim slojem sa materijalom koji u sebi sadrži cink i PLAG.
In this thesis electronic and phonon structure of specific organometallicmaterials which have zinc, cobalt, copper metals and organic compoundpyridoxalaminoguanidin are presented. Implementation and characteristics oforganic light emitting diode based on the best material among examinedones are also showed up. Detailed analysis of photoluminescence spectrawas done and its decomposition to its elementar components usingLorentzian multipeak method. Comparison to well-known material that showshigh level of luminescence was implemented. In accordance to the fact thatresearch of organic light emitting diodes expands and that these diodes startto be more present in industrial serial production, detailed analysis of thistechnology and mechanisms behind it are made. Thorough research wasdone both on electron level in these substances and organic light emittingdiode layer level. Finally, analysis of diode operation with integrated layermade of material which includes zinc and pyridoxalaminoguanidin compoundis implemented.

The main topic of this Diploma thesis is the application of low-pressure low-temperature hydrogen plasma for the treatment model samples of rusted brass. Plasmachemical treatment of metallic artifacts is a relatively new way how to remove corrosion of artifacts. The temperature of an object should not exceed 150 °C during the treatment. Corrosion layers were prepared in an ammoniac corrosion atmosphere. The corrosion formation took two weeks. Energy Dispersive X-ray Microanalysis has shown that the corrosion layer was formed by carbon, oxygen, copper, zinc, and lead. The corrosion layers were blue-colored with white crystals on the surface. Except those two colors, brown color was observed on corrosion layers, too. The plasma reactor was a quartz tube with outer copper electrodes and supplied by the RF source of 13.54 MHz. The reactive atomic hydrogen was formed in plasma discharge. This atomic hydrogen reacted with the corrosive layer containing oxygen. This reaction created an unstable OH radical, which emitted light in the region of 305–320 nm. This radiation was detected by the optical emission spectroscopy and it was applied as process monitoring quantity. Rotational temperature and intensity of OH radicals were determined from obtained data. The sample temperature was measured by thermocouple installed inside the sample volume. Rusted samples were treated by low-pressure low-temperature hydrogen plasma. 16 samples were treated at different conditions – plasma power was 100 W, 200 W, 300 W, and 400 W at continuous mode and pulse mode with duty cycle of 25 %, 50 %, and 75 %. The pressure was between 140–160 Pa at hydrogen flow rate of 50 sccm. Samples after plasmachemical treatment were grey colored with white crystals on their surface. Corrosion layers were removed by spatula. The corrosion layers of some samples were easy removable, some others were difficult. Energy Dispersive X-ray Microanalysis, which was carried out after the treatment of 2 selected samples (400 W, 50% pulse mode and 400 W, 75% pulse mode), showed different amounts of carbon, oxygen, copper, zinc, and lead compared to the rusted sample. Other elements in the treated layer were silicon, sulfur, chlorine, and fluorine.

This diploma thesis is focused to the plasma chemical reduction of model corrosion layers prepared on bronze samples. Bronze was the main material for production of the subjects in Bronze Age. First, it was very rare, and therefore was used only for making jewellery and other decorative subjects. Later, the objects of daily use and weapons were produced of bronze. These objects are found and it is necessary to restore him and preserve the cultural heritage for future generations. The research and the optimalization of plasmochemical reduction of model corrosion layers on bronze samples contributes to this. A metallographic grinder was used to create a defined surface, first with the sandpaper P 280 and then after sample 90 degree rotation with the sandpaper P 600. This ensured uniform surface at all bronze samples that is necessary to provide the same corrosion conditions. The grinded samples were washed by ethanol and dried by hot air stream. To prevent contact with the surrounding atmosphere and successive initiation of corrosion, the samples were stored in lockable polyethylene bags. This step was followed by the preparation of model corrosion layers. Hydrochloric and sulfuric acids were chosen as corrosive environments. Petri dish containing 20 ml of the selected acid was placed at the bottom of the desiccator. Samples were placed to the ceramic grate, over the dish, and they were corroded (in vapours of hydrochloric acid for 34 days and in vapours of sulfuric acid for 27 days). The corroded samples were treated using low-pressure hydrogen plasma excited by RF generator. Treatment of samples was carried out in quartz cylindrical reactor (length of 90 cm, inner diameter 9.5 cm) with copper electrodes placed outside. The pressure in the reactor was ranged around 160 Pa at hydrogen flow rate of 50 sccm during the experiments. The continuous and pulse modes (duty cycle of 25%, 50% or 75%) at peak power of 50–300 watts were used for the treatment of 90 minutes duration. The plasma treatment was monitored by optical emission spectroscopy of OH radical using compact Ocean Optics HR4000 spectrometer. Its integral intensity is proportional to the corrosion layer removal. The rotational temperatures of plasma were calculated using selected OH rotational lines, too. The sample temperature during the treatment was measured by thermocouple installed inside the additional non-corroded samples. The reduction of corrosion layer is successful when the maximum of relative intensity of OH radicals is produced and follow gradual decline. The samples which corroded in vapours of sulphuric acid and were treated in pulse modes with duty cycle of 25 % or with delivered power of 50 W has produced no maximum. To the remain samples the maximum although were observed, but reduced corrosion products on the surface were very cohesive. The maximum of relative intensity of OH radicals was observed at all samples corroded in vapours of hydrochloric acid. But there is problem with temperature of sample during experiment. The samples which layer of corrosion product was after experiment incoherent produced the layer of deposit tin. This effect formation at a higher temperature of sample during experiment and therefore with greater deliver energy.

The main subject of this diploma thesis is the study of the effect of humidity on the total sterilization effect of the dielectric barrier discharge. Sterilization is a process which can eliminate all forms of life. The plasma sterilization is one of the methods that are suitable for sterilization of temperature and chemical sensitive materials. This sterilization method was proved to be effective on the wide spectrum of procaryotic and eucaryotic microorganisms. Basically, the main inactivation factors for cells exposed to plasma are heat, UV radiation and various reactive species. Dielectric barrier discharge (DBD) operating at atmospheric pressure was used for the sterilization of the samples. The discharge was generated in dry air and in humid air. The plasma power densities were 2 160 mW.cm-3, 2 279 mW.cm-3 and 2 760 mW.cm-3 (dry air) or 2 326 mW.cm-3 and 2 850 mW.cm-3 (humid air). Humidity of air was achieved using a wash bottle filled with water through which air flowed into the DBD reactor. Fungi spores of Aspergillus niger were used as model microorganisms. Whatman paper No. 1 was used as the carrying medium. When comparing sterilization efficiency of humid and dry air operating at the same conditions, the higher sterilization effect was observed in humid air. The sterilization effect of the DBD generated in air was compared with results obtained during plasma generation in argon and nitrogen. At the same conditions, the highest sterilization effect was observed in argon, followed by humid air, nitrogen and dry air. It was found out that in our experimental setup the active species are probably the main inactivation mechanism. The influence of temperature on the inactivation of microorganisms was completely negligible. The discharge parameters were studied by means of the optical emission spectroscopy (OES). Plasma treated samples were analyzed employing scanning electron microscopy (SEM). Damage of the microorganisms due to the effect of plasma as well as plasma effect on the structure of the carrying medium was evaluated.

The dissertation is focused on the study of electric and especially dielectric properties of thin film organic materials with their huge potential for optoelectronics and other industrial sectors. The theoretical part deals with the use of organic materials in organic photovoltaic cells, the methods of deposition techniques and characterization. The theoretical knowledge of the dielectric spectroscopy, including methods for determining the physical properties and evaluation of experimental data are also described. The experimental part is devoted to the study of small molecule organic solar cells with bulk heterojunction composed of electron donor molecule of DPP(TBFu)2 and electron acceptor fullerene derivatives, such as PC60BM, PC70BM and TC60BM. The experimental part is divided into two main parts. The first part deals with the study of processes occurring at the interface between the active layer and the contact; the second part is focused on transport processes inside the structure of photovoltaic cells and also contains a study of perovskite solar cells.

The thesis deal with applying low-pressure low-temperature plasma to corrosion products layers on bronze. Layers of corrosion products on samples were artificially prepared. As a result, they had the same composition and could be irreversibly destroyed during experiments, which would not be possible with real archeological artifacts. Bronze, copper and tin alloy, samples were cut with respect to the size of the plasma-chemical device. XRF was used to determine the bronze composition. Before being corroded by the active medium, each sample was washed with ethanol and dried with a hot air stream. Until now, the procedure was the same for all samples. During formation of corrosion products layers, two factors have to be taken into account: the time consumption and the corrosiveness of the active environment. By focusing on one or the other factor, several groups of samples with differently degraded surfaces were created. The fastest way was to place samples in a corrosion chamber where sodium chloride solution was applied at the elevated temperature. The samples were corroded within a few days there. Longer, but in terms of corrosion products layers compactness better way proved procedure where the samples were sealed in the desiccator. At the desiccator bottom the Petri dish with an inorganic acid was placed, in our case, with hydrochloric acid inside. This method corroded the samples within one month. The longest but the most closed to the real live method was the burial of samples into soil or compost. However, this method corroded the samples within two years. Final step after the samples were removed from any corrosive environment, were dried under low pressure and were placed in a barrier film made bag together with moisture and oxygen absorbers. So prepared samples with layers of corrosion products have been treated in a low-pressure low-temperature plasma. Treatment was carried out in the apparatus which is based on the reactor: cylinder of quartz glass having a diameter of 100 mm and a length of 900 mm. The reactor was supplied with a working gas or a mixture of working gases with a total flow rate of 50 sccm. In our case, one is pure hydrogen or a combination with argon. A rotary oil pump was used to provide vacuum. The reactor base pressure was 10 Pa before treatment, while during the treatment it was 150 Pa. High-frequency generator (13.54 MHz) was used for supply the system with energy through two copper electrodes located outside the reactor. According to the energy delivery method, the treatment was carried out in a continuous or pulse mode. The sample temperature was monitored during the experiment and were evaluated the emission spectra from OES. The sample temperature was one of the key factors. The measurement was first done with a thermocouple, later switched to a thermocouple with optical data transmission. A safe temperature was set and then the whole process was controlled through it. In addition, the effect of the energy delivery method, value of the delivered power, sample size, presence of incrusted layers and composition of working gas were studied. After application of plasma, samples were analyzed by SEM – EDX and XRD. After the evaluation of the acquired knowledge and experience, a real artifact - a bronze chisel from the site of Boskovice - was treated. This documentation lacked the artifact, so it could be used to verify the lessons learned about plasma chemical reduction.

Predmet istraživanja ove doktorske disertacije su bila halkogenidna stakla iz sistema Ag_x(As₄₀S₃₀Se₃₀)_100–x (x = 0, 0.5, 1, 2, 3, 4, 5, 10, 12, 13, 15 at. % Ag) – 3D forma i tanki filmovi preparirani iz prethodno sintetisanih stakala (x ≤ 5 at. % Ag) – 2D forma.Utvrđena je oblasti amorfnosti u faznom dijagramu po odabranom preseku.  Ispitivan je uticaj procentualnog udela srebra  na  fizičke  karakteristike sintetisanih stakala i prepariranih tankih filmova koje su  od  značaja  za  primenu  ovakvih  materijala.Izvršena je karakterizacija električnih,  optičkih, strukturnih  i  termičkih  osobina  na  osnovu  kojih  su izvedeni  zaključci  o  uticaju  i  modifikaciji  strukture As₄₀S₃₀Se₃₀ halkogenidne matrice usled inkorporacije atoma srebra. Strukturna analiza ispitivanih sastava je potvrdila homogenost uzoraka sa manjom koncentracijom srebra (x ≤ 5 at. %  Ag), dok je  kod uzoraka sa većim procentualnim udelom ovog metala (x = 10, 13, 15 at. % Ag) pokazano da postoji fazna separacija. Kod sastava sa x = 13 i 15 at. % Ag potvrđena  je  prisutnost kristalnih centara AgAsSe_2. Na osnovu rezultata dobijenih DSC tehnikom, pokazano je da pri zagrevanju balk uzoraka dolazi do delimične kristalizacije koja se odvija zapreminski sa dvodimenzionalnim  i  trodimenzionalnim rastomkristalnih centara. Optička i spektralna ispitivanja su pokazala  da uvođenje  Ag  u  matricu  stakla As₄₀S₃₀Se₃₀  dovodi  do  smanjenja  širine  optički zabranjene zone i kod 3D i 2D uzoraka, kao i da svi sastavi ispoljavaju normalan oblik disperzije indeksa prelamanja. Takođe, rezultati Raman  spektroskopije su ukazali  na  činjenicu  da  inkorporacija  srebra  u strukturnu  mrežu  ispitivanih  stakala  utiče  na formiranje Ag–(S,Se)–As veza, odnosno uzrokuje formiranje novih strukturnih jedinica koje bi mogle uticati na provodljivost ovih sastava.  Merenja električnih karakteristika 3D uzoraka izvršena su u jednosmernom i naizmeničnom režimu i pokazano je da  koncentracija  srebra  ima  značajan  uticaj  na električne  osobine.  Utvrđeni  su  različiti  mehanizmi odgovorni za transport  nosilaca naelektrisanja zavisno od  koncentracije dopanta.  Kompleksni impedansni spektri svih sastava  su  ukazali  na prisustvo temperaturske zavisnosti procesa relaksacije, na ne idealan Debye–vski tip relaksacije, kao i negativni temperaturski koeficijent otpornosti koji je karakterističan za poluprovodnike.
The subject of this dissertation are chalcogenide  glasses from the system Agx(As₄₀S₃₀Se₃₀)_100–x (x = 0, 0.5, 1, 2, 3, 4, 5, 10, 12, 13, 15 at. % Ag) – 3D form and thin films prepared from previously synthesised  glasses (x ≤ 5 at. % Ag) – 2D form. The amorphous  area in the phase diagram was determined by the  selected    tie– line. The influence of the silver  percentage on the physical characteristics of the  synthesized glasses and prepared thin films was  investigated due to the importance of such materials  for the application. Characterization of electrical, optical, structural and thermal properties has been performed, based on which conclusions on theinfluence and structure modification of the As₄₀S₃₀Se₃₀  chalcogenide  matrix due to the  incorporation of silver atoms have been derived. Structural analysis of the investigated samples confirmed the homogeneity of samples with a lower silver concentration (x  ≤  5  at.%  Ag),  while  in samples with a higher percentage content of  this metal (x = 10, 13, 15 at.% Ag) it was shown that  there was a phase separation. The presence of crystal  centers AgAsSe₂ was confirmed in the samples with x = 13 and 15 at. % Ag. Based on the results obtained with the DSC technique, it has been shown that by heating the samples, partial crystallization takes place voluminously, with two–dimensional and three–dimensional growth of crystalline centers.  Opticaland spectral investigations have shown that the introduction of Ag into the glass matrix As₄₀S₃₀Se₃₀ leads to a reduction in the optical band gap in both 3D and 2D samples, and that all compositions exhibit a normal dispersion of index of  refraction. Also, the Raman spectroscopy results pointed to the fact that the incorporation of silver into the structural network of the investigated samples influences the formation of  Ag–(S,Se)–As structures that is, causes the formation of new structural units that could affect the conductivity of these compositions. Measurements of the electrical characteristics of the 3D samples were performed in  DC and AC regime and it was shown that silver concentration has a significant effect on electrical properties. Different mechanisms that are responsible for the transport of charge carriers depending on dopant concentration were determined. The complex  impedance spectra of all compositions indicated the presence of the temperature dependence of the relaxation process, the non–Debye relaxation and the negative temperature coefficient of resistance which is characteristic of the semiconductors.

This thesis deals with the study of parameters of diaphragm discharge in liquids. NaCl solution of different conductivity was used as a conductive medium. Conductivities were adjusted in the range from 220 to 1000 µS cm-1. Two diagnostic methods were used for the study of plasma parameters. The first one was employed in the laboratory of plasma chemistry at Faculty of Chemistry, Brno University of Technology, namely the optical emission spectroscopy. The second method used for plasma diagnostics was the time resolved ICCD camera at the Laboratoire de Physique des Plasmas at the École Polytechnique in Paris. The reactor for the diagnostics by optical emission spectroscopy had the volume of 4 l, and it was made of polycarbonate. PET diaphragm was placed in the barrier separating the cathode and the anode space. Electrodes were made of titanium coated with platinum. Electric power source supplied a constant DC voltage of maximum 5 kV and electric current up to 300 mA. Spectrometer Jobin Yvon TRIAX 550 with CCD detector was used during the experiments in order to measure overview spectra within the range from 200 to 900 nm as well as OH molecular spectra and Hß line spectra. All spectra were scanned in both discharge polarities, i.e. at the cathode and the anode part of reactor. The basic parameters of the discharge plasma were calculated from the spectra, that means rotational and electron temperature and electron density. Another part of experiment consisted of measurements by the ICCD camera iStar 734. Two types of reactors were used. The first one was the same as the reactor for the measurements by the optical emission spectroscopy. The second one was also made of polycarbonate, but the volume of conductive solution was 110 ml, only. HV electrodes made of stainless steel were placed in this reactor. Ceramic diaphragm (Shapal-MTM) was used in both reactors. Diaphragms had different thickness and diameter of holes. ICCD camera acquired photographs with details of processes of the bubbles generation and discharge operation (propagation of plasma channels), depending on solution conductivity, dimensions of the diaphragm, and with respect to the electrode part of the reactor.

In this thesis, large organic molecules (DM15N, DM18N, Cu(dbm)2) were deposited. These molecules are cannot be deposited by thermal sublimation due the fact that they decompose at lower temperature than they sublime. The employed molecules to single molecular magnets, which can be potentially used as quantum bites (qubit). The new method of deposition atomic layer injection made by Bihur Crystal company was introduced and tested. The method uses liquid solution with molecules which is driven by argon gas through pulse valve to the sample placed in ultra-high vacuum chamber. During the deposition, droplets of solution are formed on the sample surface. The solvent can be removed by light annealing or by keeping the sample in the vacuum for couple of days. The molecules were investigated by x-ray photoelectron spectroscopy and by scanning electron microscopy to determine fragmentation of the molecules, to study topography of the resultant surface and homogeneity of the deposited layer. We found conditions at which the intact molecules are deposited on the sample surfaces and form molecular nano- and micro- crystals.

This master thesis deals with analysis of battery mass using x-ray spectral microanalysis. For the measurement two scanning electron microscopes equipped with energy dispersive x-ray spectroscopes were used. Appropriate examples were prepaired by standard method. Then elemental analysis was performed with changing conditions of measurement. Two programs were used for spectrums evaluation and in the end the size of errors was observed for every conditions.

Superaustenitická korozivzdorná ocel typu 22Cr25NiWCoCu určená pro vysokoteplotní aplikace v energetickém průmyslu byla studována za podmínek nízkocyklové únavy při pokojové a zvýšené teplotě. Jednotlivé vzorky byly podrobeny různým zátěžným procedurám, což umožnilo studium materiálové odezvy spolu s mechanismem poškození. Křivky cyklického zpevnění/změkčení, cyklického napětí a Coffin-Mansonovy křivky byly vyhodnoceny. Únavová životnost materiálu byla diskutována s ohledem na uplatňované mechanismy poškození, které se vyvinuly za specifických zátěžných podmínek. Standardní izotermální únavové experimenty byly provedeny při pokojové a zvýšené teplotě. Hysterezní smyčky zaznamenané během cyklického zatěžování byly analyzovány pomocí zobecněné statistické teorie hysterezní smyčky. Pro různé amplitudy napětí byla určena jak distribuce hustoty pravděpodobnosti interních kritických napětí (dále PDF), tak rovněž zjištěn její vývoj během cyklického namáhání. Zjištěné průběhy PDF byly korelovány s vývojem povrchového reliéfu a vnitřního dislokačního uspořádání zdokumentované pro obě teploty pomocí rastrovací elektronové mikroskopie (SEM) vybavené technikou fokusovaného iontového svazku (FIB), která umožnila rovněž efektivní studium nukleace povrchových únavových trhlin. Při cyklickém zatížení při pokojové teplotě byla pozorována lokalizace cyklické plastické deformace do perzistentních skluzových pásů (PSP). V místech, kde tyto PSP vystupují na povrch materiálu byly pozorovány perzistentní skluzové stopy (PSS) tvořené extruzemi a intruzemi. Postupné prohlubování intruzí, zejména na čele nejhlubší intruze, vede k iniciaci únavové trhliny. Odlišný mechanismus tvorby trhlin byl zjištěn při únavové zkoušce při zvýšené teplotě, kde zásadní roli hrál vliv prostředí. Rychlá oxidace hranic zrn a jejich následné popraskání představuje dominantní mechanismus v I. stádiu nukleace trhlin. Aplikace desetiminutové prodlevy v tahové části zátěžného cyklu vedlo k vývoji vnitřního (kavitačního) poškozování. Mechanismy vnitřního poškozování byly studovány na podélných řezech rovnoběžných s napěťovou osou zkušebních vzorků. Trhliny a jejich vztah k hranicím zrn a dvojčat byly studovány pomocí difrakce zpětně odražených elektronů (EBSD). Vliv prodlevy na únavovou životnost byl korelován s vývojem povrchového reliéfu a vnitřního poškození. Vzorky z uvedené oceli byly rovněž podrobeny zkouškám termomechanické únavy (TMF), při nichž se v čase mění jak zátěžná síla tak i teplota. Termomechanické únavové zkoušky v režimu soufázném (in-phase) a protifázném (out-of-phase) byly provedeny jak s prodlevou, tak i bez ní. Ve všech případech bylo pozorováno rychlé cyklické zpevnění bez ohledu na použitou amplitudu deformace, u vzorků testovaných v out-of-phase režimu byla zjištěna tendence k saturaci. Zkoumáním povrchového reliéfu za pomocí technik SEM a FIB byla odhalena přednostní oxidace hranic zrn a následné praskání těchto hranic kolmo k ose zatížení. Prodlevy v cyklech při maximálním napětí vedly ke zvýšení amplitudy plastické deformace a následně ke creepovému poškození ve formě vnitřních kavit a trhlin. Interkrystalické šíření trhlin bylo pozorováno na vzorcích testovaných v režimu in-phase. Vývoj poškození v režimu out-of-phase nebyl principiálně ovlivněn zařazením prodlevy do zátěžného cyklu. Charakteristickým znakem namáhání v režimu out-of-phase je nukleace několika trhlin v homogenní oxidické vrstvě jdoucích napříč zrny kolmo k ose zatěžování.

Jakub Kierdaszuk Badania procesów rozproszeniowych w grafenie na podłożu z nanodrutów Struktura grafenu na nanodrutach GaN może posłużyć do konstrukcji diod świecących bądź czujników światła. Badanie oddziaływań pomiędzy tymi materiałami są kluczowe do uzyskania struktur pracujących z wysoką wydajnością. Tematem rozprawy są badania dotyczące czterech aspektów możliwego wpływu podłoża nanodrutów GaN na procesy rozproszeniowe w grafenie. Są to kolejno: wpływ podłoża na intensywność rozpraszania ramanowskiego w grafenie, rozkład naprężenia grafenu, transport ładunków oraz działanie struktur bramkujących grafen. W ramach rozprawy przygotowano szereg próbek monowarstw i wielowarstw grafenu, które przekładano na podłoża nanodrutów oraz referencyjne struktury epitaksjalne. Ich morfologia została zbadana za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej, zaś właściwości grafenu określono głównie przy pomocy spektroskopii ramanowskiej. Ponadto, wykorzystano wyniki uzyskane z pomiarów dyfrakcji rentgenowskiej, elektroodbicia, mikroskopii sił atomowych, skaningowej mikroskopii tunelowej, bezkontaktowego transportu oraz charakterystyk prądowo-napięciowych i pojemnościowo-napięciowych. W ramach pierwszego aspektu badań zanalizowano właściwości grafenu na nanodrutach GaN z zakończeniami AlxGa1-xN o różnej zawartości aluminium. Wykazały one, że wbrew innym doniesieniom literaturowym, ładunki polaryzacyjne w nanodrutach są ekranowane. Porównanie wyników ramanowskich z symulacjami numerycznymi zasugerowało, że ani interferencja światła ani elektromagnetyczny efekt SERS nie mogą być odpowiedzialne za obserwowane wzmocnienie widm Ramana grafenu na nanodrutach. Porównawcze badania grafenu przekładanego na złote struktury wykazały, że grafen na nanodrutach GaN charakteryzują się niewielką dyspersją intensywności widm. Widma grafenu na nanodrutach GaN cechują się ponadto niższą intensywnością i słabszym tłem luminescencji w porównaniu do próbek grafenu na złotych nanostrukturach. W drugiej części rozprawy zbadano jak morfologia podłoża nanodrutów GaN wpływa na rozkład naprężenia grafenu. W grafenie na nanodrutach powstają zmarszczki, które łączą sąsiednie nanodruty. Zmarszczki pomiędzy nanodrutami o dużej średnicy są wielokrotne. Gradient naprężenia na zmarszczkach grafenu zależy od odległości pomiędzy ściankami sąsiednich nanodrutów. Lokalny wzrost tej odległości zwiększa gradient naprężenia pomiędzy obszarami swobodnie zawieszonego grafenu, który jest zlokalizowany blisko i daleko od nanodrutów. Ponadto, obecność zmarszczek towarzyszą zmiany lokalnej gęstości stanów elektronowych oraz wzmocnienie modu D’. Uzyskane wyniki sugerują, że w pobliżu zmarszczek grafenu na nanodrutach GaN możliwa jest indukcja pól pseudomagnetycznych. W ramach trzeciego obszaru badań prześledzono jak zmiana składu zakończeń nanodrutów oraz ich morfologia wpływają na charakteryzujące sygnał słabej lokalizacji długości rozproszeń. Pomiary próbek dwóch i trzech warstw nie wykazały istotnego wpływu liczby warstw na długości rozproszeń. Zaobserwowano, że zmiana składu zakończeń nanodrutów z GaN na AlN prowadzi do skrócenia dróg koherencji i rozpraszania międzystożkowego. Sugeruje to obecność defektów posiadających moment magnetyczny. Badania grafenu na nanodrutach o różnej morfologii pozwoliły skorelować długości koherencji oraz rozpraszań dalekozasięgowych z odległościami pomiędzy krawędziami nanodrutów. Dodatkowo, długość rozpraszania międzystożkowego została skorelowana z gradientem naprężenia pomiędzy obszarami swobodnie zawieszonego grafenu zlokalizowanego blisko i daleko od nanodrutów. Te obserwacje sugerują, że dodatkowym czynnikiem wpływającym na długości dróg rozproszeń w grafenie na nanodrutach jest oddziaływanie z polem pseudomagnetycznym. W ramach ostatniego obszaru badań zanalizowano struktury grafenu na bramkującej go epitaksjalnej warstwie GaN i nanodrutach GaN. Złącze grafenu ze strukturami GaN ma charakter diody Schottkiego. Pod wpływem przykładanego napięcia wartość koncentracji ładunków w grafenie na epitaksjalnym GaN ulega znacznej zmianie. Zmiana koncentracji w grafenie na nanodrutach GaN jest o rząd wielkości mniejsza. Dodatkowo, grafen na nanodrutach jest poddawany elektrostatycznie indukowanemu naprężeniu. Jego wartość skaluje się z procentem powierzchni styku grafenu i nanodrutów. Ponadto, powierzchnia styku grafenu z nanodrutami wpływa na pojemność złącza grafen/GaN. Przeprowadzone badania pozwoliły uzyskać szereg cennych wyników charakteryzujących oddziaływania zachodzące na styku grafenu i nanodrutów. Otwierają one drogę do dalszych badań oraz pokazują perspektywy możliwych zastosowań tej heterostruktury.
The structure of graphene on gallium nitride (GaN) nanowires can be used for the construction of light-emitting diodes or light sensors. Studies of interactions between these two materials are crucial to obtain higher-performance devices. The subject of this dissertation are studies regarding four aspects of a possible influence of GaN nanowire substrates on scattering processes in graphene. These aspects are the influence of the substrate on the Raman scattering intensity in graphene, distribution of strain in graphene, carrier transport, and operation of gated graphene structures. As part of the research, several samples of mono and few-layer graphene were performed and transferred on nanowire substrates and reference epitaxial structures. Their morphology was investigated by scanning electron microscopy while graphene properties were mainly studied by Raman spectroscopy. Moreover, results obtained from the measurements of X-ray diffraction, electroreflectance, scanning electron microscopy, scanning tunneling microscopy, contactless transport, current-voltage, and capacitance-voltage characteristics were used. As part of the first aspect of research, properties of graphene on GaN nanowires capped with AlxGa1-xN of different aluminium content were analyzed. These studies showed that, contrary to other literature reports, polarization induced charges are screened in nanowires. Comparison of Raman results with numerical simulations suggested, that both light interference and the electromagnetic SERS effect are not responsible for the observed enhancement of the Raman spectra of graphene on nanowires. A comparative study for graphene deposited on gold structures showed that graphene on GaN nanowires is characterized by a low dispersion of spectral intensities. Spectra of graphene on GaN nanowires are characterized by a lower intensity and weaker luminescence background as compared to samples of graphene on gold nanostructures. In the second part of the dissertation, it was investigated how the morphology of GaN nanowires affects the distribution of strain in graphene. In graphene on nanowires, wrinkles are formed which connect the nearest nanowires. Wrinkles between nanowires of large diameter are multiple. The strain gradient in these graphene wrinkles depends on the distance between the edges of the nearest nanowires. A local increase of this distance increases the strain gradient between suspended graphene areas located near and far from the nanowires. Moreover, the presence of wrinkles is accompanied by a modification of the local density of electronic states and an enhancement of the D’ band. The obtained results suggest that an induction of pseudomagnetic fields is possible close to the wrinkles of graphene on GaN nanowires. As part of the third aspect of research, it was studied how a modification of the composition and morphology of nanowire ends affects the characteristics for the signal of weak localization scattering lengths. Measurements of samples of two and three layers did not show a significant influence of the number of graphene layers on scattering lengths. It was observed that a modification of the composition of nanowire ends from GaN to AlN leads to a shortening of coherence length and intervalley scattering. This suggests the presence of defects having a magnetic moment. Studies of graphene on nanowires with different morphology enable to correlate coherence lengths and long-range scattering lengths with distances between nanowire edges. Moreover, a correlation between the intervalley scattering length and the strain gradient between areas of suspended graphene located near and far from nanowires was observed. These observations suggest that an additional factor that affects the scattering lengths in graphene on nanowires is the interaction with pseudomagnetic fields. As part of the last aspect of research, structures of graphene on gated epitaxial GaN layers and GaN nanowires were analyzed. The junction between graphene and GaN structures exhibits Schottky diode behavior. After application of a bias, the value of carrier concentration of graphene on a GaN epilayer changes significantly. For comparison, the modification of carrier concentration for graphene on GaN nanowires is one order of magnitude lower. Additionally, graphene on nanowires is affected by electrostatically induced strain. Its value scales with the percent of graphene surface in contact with nanowires. Moreover, the area of graphene in contact with nanowires affects the capacitance of the graphene/GaN junction. The performed studies enable us to obtain several important results which characterize interactions that occur at the interface of graphene and nanowires. These results open the way for future research and show perspectives for possible applications for this kind of heterostructures.

W ramach badań, opisanych w niniejszej pracy doktorskiej, zajmowałem się charakteryzacją wzbudzeń dwuwymiarowego gazu elektronowego (2DEG) w polu magnetycznym pod wpływem promieniowania terahercowego (THz). Promieniowanie THz to promieniowanie elektromagnetyczne o zakresie częstości 0.1–10.0 THz. Przedmiot moich badań wywodzi się z szerszego nurtu inżynieryjno-naukowego, zapoczątkowanego w latach 90. XX w., mającego na celu stworzenie detektorów promieniowania THz opartych na wzbudzeniach plazmy w urządzeniach półprzewodnikowych o przestrajalnej częstości detekcji. Zastosowania promieniowania THz są bardzo obiecujące ze względu na jego niezwykłe własności – jest to promieniowanie elektromagnetyczne przenikliwe dla licznej grupy materiałów nieprzezroczystych w świetle widzialnym, a jednocześnie wiele związków chemicznych ma w tym zakresie charakterystyczne linie absorpcyjne i emisyjne. Poza obrazowaniem, wskazuje się również promieniowanie THz jako nośnik zdalnej komunikacji. Ze względu na liczne potencjalne zastosowania urządzeń pracujących w zakresie THz, nastąpił duży postęp technologiczny w tej dziedzinie i obecnie dostępne są już komercyjne urządzenia, umożliwiające np. obrazowanie w zakresie THz. Inspiracją dla tych badań były prace M. Dyakonova oraz M. Shura przewidujące, że w tranzystorze polowym (FET), poddanym wpływowi promieniowania THz, powstaje stałe napięcie pomiędzy kontaktami prądowymi tego urządzenia. Taki skok napięcia nazywany jest fotonapięciem (PV). Powstanie tego zjawiska tłumaczone jest niestabilnością prądu spowodowaną wzmocnieniem fal plazmowych na granicach tranzystora. Dyakonov i Shur przewidzieli, że FET powinien odpowiadać na promieniowanie THz w częstościach rezonansowych, związanych z jego wymiarami – spodziewali się, że kanał tranzystora polowego stanowi wnękę rezonansową dla fal plazmowych. Nie było to nowatorskie podejście, gdyż już w latach 70. XX w. obserwowano wzbudzenia dwuwymiarowej plazmy w 2DEG o skończonych wymiarach. Wcześniej jednak nie przewidywano powstawania rezonansowego sygnału fotonapięciowego. Co więcej, Dyakonov i Shur spodziewali się, że jako detektory można wykorzystać powszechnie dostępne tranzystory polowe. Przewidywana przez autorów częstość takich rezonansowych modów mieściła się w zakresie THz widma promieniowania elektromagnetycznego. Jednocześnie, Dyakonov i Shur przewidzieli, że FET będzie również odpowiadać w częstościach nierezonansowych, jeśli ruchliwość elektronów nie jest zbyt duża. Zgodnie ze teorią Dyakonova-Shura, tranzystor polowy może być detektorem i źródłem promieniowania THz. Jednak zaobserwowana do tej pory emisja promieniowania THz z tranzystorów polowych ma zbyt niską moc, aby możliwe było praktyczne wykorzystanie FET jako emitera. Tym bardziej, że konieczne jest jego schłodzenie to temperatur kriogenicznych. Z tego względu, FET obecnie przegrywa z takimi źródłami promieniowania dalekiej podczerwieni, jak np. kwantowe laser kaskadowe. Detekcję nierezonansową odkryto na całej serii materiałów i w różnych typach tranzystorów polowych. Badano m.in. tranzystory typu MOSFET (metal-tlenek-półprzewodnik) oparte na krzemie oraz HEMT (tranzystory o wysokiej ruchliwości nośników) oparte na różnych złączach materiałów (np. GaN/AlGaN, GaAs/AlGaAs, InGaAs/InAlAs). Sygnał nierezonansowy pojawia się nawet w temperaturze pokojowej i urządzenia wykorzystujące ten efekt są już wytwarzane jako produkty komercyjne (np. wielopikselowa kamera THz oparta na krzemowych MOSFETach). Obecnie bada się możliwość spektralnego zwężenia nierezonansowej odpowiedzi tranzystora polowego za pomocą rezonansowych anten. Z drugiej strony, odkryte dotychczas rezonanse plazmowe w sygnale fotonapięcia z tranzystorów polowych okazały się być słabe i widoczne tylko w niskich temperaturach. Aby zrozumieć powody, które stoją za takim wynikiem, zdecydowaliśmy się przygotować próbki przykryte siatką metalicznych pasków o określonym okresie – tj. klasyczny układ, w jakim zaobserwowano plazmony po raz pierwszy w półprzewodnikowym 2DEG – a następnie zmierzyć sygnał PV z takich próbek, gdzie plazmony powinny zachowywać się w dobrze znany sposób. Interesujące było to, jaką odpowiedź w fotonapięciu uzyskuje się w przypadku struktur, w których powinny wzbudzić się, dobrze znane od lat 70. XX w., rezonanse magnetoplazmowe. Dla porównania postanowiono również zbadać struktury referencyjne: nieprzykryte bramką i przykryte bramką jednorodną. Mój obszar badań obejmuje temat detekcji rezonansowej w 2DEG przykrytym i nieprzykrytym bramką. Podstawowym celem mojej pracy była charakteryzacja wzbudzeń plazmy w zależności od takich parametrów, jak pole magnetyczne, częstość promieniowania THz czy napięcie polaryzujące bramkę. Posługując się źródłami monochromatycznego promieniowania THz o przestrajanej częstości, pokrywającymi zakres 0.1–0.7 THz, scharakteryzowano wzbudzenia magnetoplazmowe obserwowane w sygnale detekcji generowanym przez serię różnych próbek. Celem było porównanie wzbudzeń w próbkach z bramkami o różnych geometriach i w próbkach bez bramek. Wyniki te uzupełniono pomiarami wykonanymi z wykorzystaniem pojedynczych linii laserowych z zakresu 1.5–1.8 THz. Wykonano również porównanie wyników otrzymanych przy oświetleniu próbki monochromatycznym i niemonochromatycznym promieniowaniem THz, w celu sprawdzenia, czy detektor daje równoważne wyniki w obu przypadkach. Jest to informacja bardzo istotna w przypadku projektowania detektorów, gdyż, w zależności od potrzeb, mogą one być poddane działaniu obu rodzajów promieniowania. Przeprowadzono także pomiary charakteryzujące zależność częstości magnetoplazmonów od napięcia polaryzującego bramkę oraz od obecności promieniowania widzialnego. Te zależności są bardzo istotne w praktycznym zastosowaniu detektorów THz oraz umożliwiają strojenie rezonansowej częstości detektora. Teoretyczny opis badanych zjawisk jest przedmiotem 1. rozdziału niniejszej pracy. Opis próbek i ich procesu wytworzenia znajduje się w 2. rozdziale. Do najważniejszych faktów należy zaliczyć to, że do wytworzenia próbek wykorzystano heterostrukturę GaAs/AlGaAs o wysokiej ruchliwości elektronów. Wybrana została heterostruktura pochodząca z laboratorium prof. Vladimira Umanskyego z Instytutu Weizmanna w Izraelu. Próbki te charakteryzują się bardzo dużą ruchliwością elektronów, nieosiągalną obecnie w innych materiałach. Heterostruktury na których wytworzono badane w niniejszej pracy próbki, charakteryzował się ruchliwością elektronów ok. 1.5 × 10^6 cm^2/Vs w T = 4 K. Wytworzone próbki miały postać prostokątów o powierzchni ok. 0.06 mm^2 , niektóre z nich zostały przykryte bramką, a inne pozostawiono bez bramki. Bramki miały różne kształty, co pozwalało na lepsze zrozumienie ich wpływu na odpowiedź próbki. Rozdział 3. poświęcony jest opisowi wykorzystanych technik eksperymentalnych. Próbki badane były jako detektory w niskich temperaturach, najczęściej w 4.2 K. Próbka była poddawana działaniu promieniowania THz pochodzącego z szeregu źródeł monochromatycznych, w tym karcinotronu, diody VDI i lasera THz, o częstościach z zakresu 0.1–1.8 THz lub z lampy rtęciowej wykorzystanej w spektrometrze fourierowskim. Próbka była umieszczona w polu magnetycznym o kierunku prostopadłym do jej powierzchni, pomiar sygnału detekcji odbywał się w zależności od wielkości pola magnetycznego. Mierzono odpowiedź próbki będącą fotonapięciem generowanym przez promieniowanie THz pomiędzy dwoma kontaktami prądowymi. W rozdziale 4. opisano wyniki eksperymentów oraz ich interpretację. Pomiar PV wykonany w zależności od pola magnetycznego pokazuje serię maksimów poprzedzających pole magnetyczne odpowiadające rezonansowi cyklotronowemu. Sekwencja pomiarów wykonanych dla różnych częstości promienia THz pokazuje, że maksima przesuwają się w kierunku wyższych pól magnetycznych wraz z rosnącą częstością. Maksima zinterpretowane zostały jako kolejne mody magnetoplazmonu. W badanych próbkach magnetoplazmon może być wzbudzony na dwa sposoby: z wektorem falowym określonym okresem metalicznej siatki albo rozmiarem próbki. Dla większości próbek zaobserwowano drugi rodzaj wzbudzenia plazmy, który można wyobrażać sobie jak fale stojące w rezonatorze. Pokazano, że widoczność wybranej rodziny modów magnetoplazmonów zależy od stosunków ich częstości oraz częstości pobudzającego układ promieniowania. Jest to efekt związany z nakrywaniem się maksimów odpowiadających kolejnym modom rezonansu magnetoplazmowego, w przypadku pomiarów wykonanych dla dostatecznie wysokich częstości promieniowania. Aby uniknąć tego efektu, przyszły detektor promieniowania THz należy projektować w możliwe prosty sposób, bez zbędnych wnęk rezonansowych, w których mogą wzbudzać się plazmony. Komercyjnie dostępne tranzystory mają często skomplikowane kształty, w których znajduje się wiele wnęk rezonansowych dla fal plazmowych. Z kolei, w przypadku urządzeń zawierających metaliczne siatki, rozmiar całego urządzenia musi być odpowiednio duży, aby wzbudzenia plazmy związane z wymiarami urządzenia miały znacząco mniejsze częstości od wzbudzeń związanych z okresem metalizacji. Jeśli założyć dla każdego zaobserwowanego modu wzbudzeń plazmy odpowiadającą mu wartość wektora falowego, można wówczas wyznaczyć relację dyspersyjną plazmonu w szerokim zakresie częstości i wektorów falowych. Relacja dyspersyjna, obserwowanych w eksperymencie wzbudzeń, okazała się być taka sama dla próbek z cienką metalizacją bramki, jak i dla próbek bez bramki. Efekt ten został zinterpretowany jako skutek przezroczystości w zakresie THz cienkich warstw metalizacji (15 nm), z których wykonano bramki. Jednak w przypadku próbek z cienką bramka obserwowany jest wyłącznie co drugi mod, spośród tych obserwowanych w przypadku próbek bez bramki. W próbce o grubej metalizacji bramki, magnetoplazmon wzbudzany jest z dyspersją uwzględniającą ekranowanie 2DEG przez bramkę. Ta różnica w dyspersji plazmonów, w przypadkach próbek z cienką i grubą metalizacją, tłumaczona jest zależnością ekranowania promieniowania THz od grubości metalizacji. Kolejną obserwacją jest obecność w widmach, otrzymanych w szerokim zakresie częstości, maksimum odpowiadającego drugiej harmonicznej rezonansu cyklotronowego. Ten efekt tłumaczony jest jako skutek działania silnego i niejednorodnego w przestrzeni, oscylującego pola elektrycznego, powstającego na krawędziach metalizacji, a w szczególności, na krawędziach bramek. Wykonano także pomiary zależności widma detekcji od napięcia polaryzującego bramkę, pokazujące efekt przesuwania się położeń maksimów rezonansów magnetoplazmowych. Jest to bardzo pożądane zjawisko, pozwalające na sterowanie rezonansową częstością detekcji za pomocą napięcia przyłożonego do bramki FET. Przeprowadzono także eksperyment, w którym położenia maksimów rezonansów magnetoplazmowych przesunięto poprzez oświetlenie próbki światłem widzialnym. Dowiedziono także, że spektroskopia fourierowska pozwala uzyskać wyniki będące w zgodzie z wynikami uzyskanymi za pomocą monochromatycznych źródeł promieniowania pracujących w podobnym zakresie częstości, z dokładnością do faktu, że w eksperymencie fourierowskim obserwowany jest wyłącznie podstawowy mod magnetoplazmonu. Przedstawione wyniki opisują wzbudzenia magnetoplazmowe w próbkach o średnich rozmiarach w zakresie częstości promieniowania od 0.1 do 2.5 THz. Wnioski wynikające z niniejszej pracy mogą pozwolić na zbudowanie detektora promieniowania THz o przestrajalnej częstości rezonansowej, a projekt urządzenia o dobrze rozdzielonych rezonansach magnetoplazmowych przedstawiony jest w podsumowaniu.
My Ph.D. thesis is to devoted to characterization of plasmon excitations in a two-dimensional electron gas (2DEG) exposed to terahertz (THz) radiation at magnetic fields. THz radiation covers a range of the electromagnetic spectrum of the frequency from 0.1 THz to 10.0 THz. This work originates from a wider scientific and engineering movement, started in 1990s, aiming at building an efficient and voltage-tunable semiconductor detector of THz radiation based on plasmon excitations. Properties of materials at THz frequencies, like transparency or characteristic emission or absorption lines, make potential applications of THz radiation very promising. Beside imaging, THz radiation could be used in a high speed wireless communication. Because of multiple potential applications, research on THz devices was very intense in the recent years, which led to a huge technical development. For instance, there is now a commercial THz multipixel camera available. The inspiration of this work were papers published by M. Dyakonov and M. Shur showing that a field-effect transistor (FET) subject to THz radiation might produce a voltage drop between its two current-supplying contacts. Such a voltage drop is called a photovoltage (PV). This effect is explained as a result of a current instability caused by a plasma wave amplification at transistor’s boundaries. Dyakonov and Shur predicted that a FET should respond to THz radiation at resonant frequencies, defined by its dimensions—they were expecting that a FET channel acts as a resonant cavity for plasma waves. It was not a new idea, since plasmons in a 2DEG of a finite size were observed for the first time in 1976. However, before the Dyakonov-Shur model, no resonant photovoltage signal in a FET was predicted. Moreover, Dyakonov and Shur expected that common FETs can be used as THz detectors. Resonant plasmon frequencies, expected for nanometer devices were predicted to fall into the THz range. Beside a resonant signal, a wide-frequency non-resonant PV signal was also predicted, when the electron mobility was not high enough. In the Dyakonov-Shur theory, a FET could act both as a detector and an emitter of THz radiation. However, emission observed to the day from FETs is too weak to be used as a THz source. Another obstacle is the necessity to use cryogenic temperatures. Because of that, a FET THz emitter is currently loosing with other commercial THz sources, like quantum cascade laser, which are more efficient. A nonresonant detection was found in many types of FETs, including silicon MOSFETs and HEMTs based on different materials, like GaN/AlGaN, GaAs/AlGaAs and InGaAs/InAlAs. Non-resonant signal is observed even at room temperature and devices using this effect are currently being produced commercially (for example, a multipixel camera based on silicon MOSFETs). The current research considers, in particular, a spectral narrowing of a PV signal by using resonant antennas. On the other hand, plasma resonances were found experimentally in FETs PV signal, but proved to be weak and available only at cryogenic temperatures. To understand the reason behind this result, we decided to prepare samples covered with periodic stripes of metallization, called a grid-gate—a classical system where plasmons were first observed in a semiconductor-based 2DEG—and to measure a PV signal on such structures, where plasmons should behave in already known manner. We decided to prepare also reference samples without a gate and with an uniform gate. My field of research concerned the resonant detection in gated and ungated 2DEG. The basic task of my research was to characterize plasma excitations with a set of parameters like: magnetic field, THz radiation frequency or gate voltage bias. This was done on different samples with the use of tunable monochromatic THz sources, covering the range of 0.1–0.7 THz. One of goals was to compare PV spectra on samples of different gate shapes and without a gate. These results were extended using a few THz laser lines from the range of 1.5–1.8 THz. Additionally, we compared results obtained with monochromatic THz sources and with a wide-range nonmonochromatic THz source (Fourier spectroscopy), in order to check, whether these results are in an agreement. This an important information, since a detector can work both with monochromatic or wide spectral range THz illuminations. We characterised plasmon resonances as a function of a gate bias, as well as under an influence of visible radiation illumination. These results are of a practical importance and both can be used to tune resonant plasmon frequency in a detector. The theoretical background is the subject of the 1st chapter of my Ph.D. dissertation. The process of samples’ preparation and their description is the main topic of the 2nd chapter. Crucial points here are that we used a high-electron-mobility GaAs/AlGaAs heterostructure, produced by Vladimir Umansky at the Weizmann Institute of Science, Rehevot, Israel. These samples show a very high electron mobility, unavailable in other materials, reaching in used wafers approximately 1.5 × 10^6 cm^2/Vs at T = 4 K. Fabricated samples were, in most cases, mid-sized (0.06 mm^2 ), rectangular mesas of a 2DEG, some covered with a gate, some left ungated. The gates were of different forms and geometries helping to understand their influence on a response of a sample. In the 3rd chapter, experimental techniques are explained in detail. An examined sample was used as a THz radiation detector in cryogenic temperatures, typically at 4.2 K. The sample was subject to a THz radiation emitted by a variety of monochromatic sources, including a back-wave oscillator, Virginia Diodes sources and a THz laser, covering the range of 0.1–1.8 THz or a mercury-vapor lamp used with a Fourier spectrometer. The magnetic field was perpendicular to a sample surface, and typically a response signal of the sample was measured as a function of magnetic field. The response signal was a PV generated between two current-supplying contacts of a sample. In the 4th chapter, experimental results and their interpretation are presented. Photovoltage measurements, performed as a function of magnetic field, show a series of maxima preceding the cyclotron resonance magnetic field. A sequence of such measurements, made at different frequencies of the incident THz radiation, shows that maxima move towards higher magnetic field with increasing radiation frequency. Maxima were interpreted as subsequent modes of a magnetoplasmon excitation. A magnetoplasmon might be excited in two ways: either due to a periodicity of a grid-gate or due to a finite size of a sample. In most of samples, we have observed the latter type of a magnetoplasmon, which might be imagined as a standing wave in a resonator. It was shown that an observability of a particular type of magnetoplasmon mode depends on ratios of frequencies of the two types of resonances and the frequency of the radiation. This effect is a result of overlapping magnetoplasmon maxima at high radiation frequencies. In order to avoid this effect, a designed detector must have a 2DEG shape as simple as possible, without unnecessary cavities in which plasmon resonances might be excited. Commercially available FETs usually show very complicated shapes with multiple plasmon cavities. In the case of grid-gated devices, the size of the overall 2DEG channel must be considerably larger than the grid-gate period. In such conditions, frequencies of plasmon resonances defined by a 2DEG mesa size are much smaller than these connected with the grid-gate period. When a wave vector is ascribed to every observed plasmon mode, it is possible to determine a dispersion relation of a plasma wave in a wide range of frequencies and wave vectors. The dispersion relation of the observed excitation was found to be the same in ungated samples and samples with thin matallization of gates. This effect was explained as a result of THz transparency of thin (15 nm) metallic layers forming gates. However, every second mode is absent in the case of thin-gated samples. In the sample with a thick metallization of the gate, the magnetoplasmon was excited with dispersion showing an influence of a screening of the 2DEG by the gate. We explain this difference as an effect of a different efficiency of a THz screening with a metal layer in cases of thick and thin gates. Another observation is a maximum in spectra obtained in a wide range of excitation frequencies coinciding with the second harmonic of the cyclotron resonance. We explain this observation as a result of a strong, nonuniform, oscillating electric field generated by an incoming THz radiation at edges of metallic objects, in particular at edges of a gate. The influence of the gate voltage was studied, showing shifts of magnetoplasmon maxima with the gate bias. Such a shift is a desired effect, allowing for a control of a resonant detection frequency with a bias applied to a FET’s gate. In another experiment, magnetoplasmon maxima were shifted under a visible radiation illumination. Finally, it was shown, that a Fourier spectroscopy gives results in agreement with the results obtained with monochromatic radiation sources working in the same spectral range. However, only the fundamental magnetoplasmon mode is observed in the Fourier spectroscopy experiment. Presented research characterized magnetoplasmon resonances in mid-sized samples in a range of radiation frequencies of 0.1–2.5 THz. Research presented in the thesis might allow to build sensitive and frequency-tunable detectors, and a possible device, with well-resolved plasmon resonances, is proposed in the concluding chapter.

The process of photosynthesis begins with a capture of sunlight and its quick conversion into the chemical energy. Both these primary processes take place in a specially designed photosynthetic apparatus that is present in cells of all photosynthetic organisms. In green sulfur bacteria the apparatus consists of a massive light-harvesting antenna (chlorosome), intermediate antennas (baseplate complex and FMO proteins) and of the reaction center, where the conversion into the chemical energy occurs. The energy flow through the apparatus can be monitored by time-resolved spectroscopy techniques. Coherent two-dimensional electronic spectroscopy (2DES) in one of such techniques, which combines high temporal and spectral resolution, and therefore it is especially well suited for studying multichromophoric systems such as photosynthetic apparatus. This thesis describes the principles of the 2DES technique and outlines the basic facts about the photosynthetic apparatus of green sulfur bacterium Chlorobaculum tepidum. Finally, it summarizes the investigation of the photosynthetic machinery using 2DES. Results presented in this thesis provide new insights into the exciton diffusion and vibrational coherences within chlorosomes, excitonic structure of the baseplate and the overall energy flow through the entire...

W pracy doktorskiej przestawione są badania wzbudzonych stanów elektronowych cząsteczek KLi i Li2. Po pierwsze, przedstawiono opis teoretyczny struktury energetycznej elektronowych stanów wzbudzonych cząsteczek dwuatomowych, oraz dozwolone przejścia pomiędzy różnymi stanami i wynikające z nich widma. Ze względu na dużą ilość dostępnych poziomów oscylacyjno-rotacyjnych, rzeczone widma są trudne w interpretacji i niezbędne staje się stosowanie technik eksperymentalnych umożliwiających obserwowanie tylko części przejść i uproszenie rejestrowanych widm. W opisywanych eksperymentach wykorzystana została metoda Spektroskopii Polaryzacyjnej (PLS). Dlatego, po drugie, w pracy przedstawiono opis układu optycznego umożliwiającego wykorzystanie laserów, w tym jednego przestrajalnego, do rejestracji widm metodą PLS. Opisano też układ doświadczalny pozwalający na wytworzenie par badanych cząsteczek. W dalszych częściach pracy przedstawione zostały wyniki pomiarów widm poszczególnych stanów elektronowych: około 500 poziomów energetycznych w przypadku stanów 31Пu, 41Пu i 51Пu cząsteczki Li2, oraz ok. 300 poziomów w przypadku stanów 61П i 71П w przypadku cząsteczki KLi. Na podstawie zarejestrowanych przejść i przypisanych im liczb kwantowych zostałą określona struktura energetyczna stanów elektronowych, w postaci zależności energii cząsteczki od odległości międzyjądrowej, tzw. krzywych energii potencjalnej. Tego typu opis mimo swojej zwięzłości pozwala na kompletny opis zachowania cząsteczki w danym stanie elektronowych i poprawne przewidywanie energii poziomów oscylacyjno rotacyjnych, w tym poziomów które nie były obserwowane w doświadczeniu. Krzywe energii potencjalnej uzyskano za pomocą pół-klasycznej metody Rydberga-Kleina-Reesa (RKR) oraz za pomocą w pełni kwantowej metody perturbajnej IPA (Inverted Perturbation Analysis). Uzyskane wyniki porównano z przewidywaniami teoretycznymi (obliczeniami ab-initio) dostępnymi w literaturze, oraz z wcześniejszymi badaniami doświadczalnymi. Tam gdzie było to możliwe, wykorzystano linie widmowe z prac innych autorów, poddając je ponownej interpretacji, by uzyskać bardziej kompletny opis badanych stanów elektronowych. W szczególności, pozwoliło to na włączenie do opisu poziomów oscylacyjno-rotajnych niedostępnych ze względu na ograniczenia wynikające z wykorzystywanej metody doświadczalnej. Ze wyjątkiem stanu 51Пu cząsteczki Li2, badane stany elektronowe podlegały zaburzeniom, czyli odpowiadające im poziomy oscylacyjno-rotacyjne miały energie przesunięte w stosunku do prostego modelu zakładącego rozdzielenie ruchu elektronów i ruchu oscylacyjno-rotacyjnego całej cząsteczki, oraz adiabatyczność (pełną niezależność) poszczególnych stanów elektronowych. Poprawny opis poziomów w stanach 61П i 71П w cząsteczce KLi wymagał uwzględnienia lokalnych zaburzeń przesuwających jedynie niewielkie grupy poziomów. W przypadku stanów 31Пu i 41Пu cząsteczki Li2, konieczne okazało się uwzględnienie zaburzeń globalnych, zmieniających stukturę energetyczną całego stanu elektronowego. W tym celu stworzony został program komputerowy służący do obliczania energii poziomów oscylacyjno-rotacyjnych w modelu z globalnym zaburzeniem (tzw. zaburzeniem elektrostatycznym), umożliwiający optymalizację empirycznych parametrów określających siłę zaburzenia i przez to przesunięć energii poziomów oscylacyjno-rotacyjnych. W pracy przedstawiono opis procedury matematycznej implementowanej przez program, służącej do wydajnego numerycznie obliczania energii poziomów w modelu z zaburzeniem. W pracy przedstawiono również wyniki optymalizacji, czyli wartości parametrów i energie poziomów wyliczone z uwzględnieniem zaburzenia. Porównanie wyników tak przesuniętych poziomów pokazuje, że uwzględnienie zaburzenia elektrostatycznego pozwala na wyjaśnienie różnic pomiędzy widmami obserwowanymi w doświadczeniu, a tymi wynikającymi z modelu adiabatycznego.
The thesis describes the investigation of excited electronic states in the lithium and lithium-potassium dimers. Firstly, the theoretical description of the energy structure of electronic states or diatomic particles was presented, followed by the description of allowed transitions between different electronic states and resulting spectra. Unrestrained spectra of excited states are too rich to investigate directly, and it becomes necessary to employ experimental techniques which simplify the observed spectra by limiting the number of observed transitions. In the experiments described in the thesis, Polarization Labelling Spectroscopy (PLS) was used. Therefore, the theoretical intruduction was followed by a description of the experimental setup of lasers and optical elements necessary for PLS. In addtion, the system used to generate researched particles in gaseous form was described. In later parts of the thesis, experimental results for specific electronic states were described. They comprise about 500 energy levels for the 31Пu, 41Пu and 51Пu states in Li2, and around 300 levels in the 61П i 71П states in KLi. Observed transitions were assigned quantum numbers and converted to absolute energies. The energy levels of eletronic states were described by potential energy curves, i.e. the dependency of the electrostatic and electronic parts of the total energy of the particle on the internuclear distance. Such description is very concise but fully describes the behaviour of the particle in a certain electronic state and enables the calculation of the rovibrational energy levels, even those that were not observed before. Potential energy curves were calculated by the means of semi-classical Rydberg-Klein-Rees (RKR) method, and the fully quantum perturbational method IPA (Inverted Perturbation Approach). Results were compared with published theoretical (ab-initio) calculations and with the result from earlier experiments. When possible, spectral lines from earlier experiments were reevaluated and used to augment the set of experimental energy levels. In this way, the range of quantum numbers under descrption was augmented to areas inaccessible because of the experimental method employed in current experiment. Apart from the 51Пu state in Li2, electronic states under investigation were all perturbed to some degree. This means that observed spectral lines were shifted from energies expected based on the simplified model of the particle, in which the movement of the electrons is independent from the movement of the particle as a whole, and various electronic states are totally independent —adiabatic. Full description of the 61П i 71П in KLi must take into account local perturbations which appear between closely located rovibrational levels in the two states and cause strong local shifts. In the case of the 31Пu i 41Пu states in Li2, it was necessary to take into account a global perturbation which modified the energetic structure of the whole electronic state. A computer program was created to calculate energies of states in the presence of a global perturbation (an `electrostatic' perturbation), and to optimize the emprical parameters used to calculate the strength of the perturbation and thus the energies of levels. The thesis describes the mathematical procedure implemented in the program to efficiently calculate numerical solutions in the model with global perturbation. The result of the optimization, in the form of parameter values and energy levels is given. The comparison of result in the model with electrostatic perturbation shows that the electrostatic perturbation explains the discrepancy between observed levels, and levels calculated from the simplified adiabatic model.

Present doctoral thesis is focused on electron microscopy and spectroscopy investigation of novel metal-oxide anode catalyst for fuel cell application. Catalyst based on Pt- doped cerium oxide in form of thin layers prepared by simultaneous magnetron sputtering deposition on intermediate carbonaceous films grown on silicon substrate has been studied. The influence of catalyst support composition (a-C and CNx films), deposition time of CeOx layer and other deposition parameters, as deposition rate, composition of working atmosphere and Pt concentration on the morphology of Pt-CeOx layers has been investigated mainly by Transmission Electron Microscopy (TEM). The obtained results have shown that by suitable preparation conditions combination we are able to tune final morphology and composition of catalyst. Composition of carbonaceous films and Pt-CeOx layers was examined by complementary spectroscopy techniques - Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDX), Electron Energy Loss Spectroscopy (EELS) and X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS). Such prepared porous structures of Pt-CeOx are of promising as anode catalytic material for real fuel cell application. Keywords: cerium oxide, platinum, fuel cell, magnetron sputtering, Transmission Electron Microscopy

W niniejszej pracy doktorskiej prowadziłem badania wzbudze´n dwuwymiarowego gazu elektronowego (2DEG) o cz˛estotliwo´sciach z zakresu promieniowania elektromagnetycznego przypadaja˛cych na zakres fal terahercowych (THz). Celem pracy było poznanie mechanizmów stoja˛cych za generacja˛ oraz detekcja˛ promieniowania THz przez 2DEG oraz zaproponowanie nowych struktur półprzewodnikowych, które moga˛ znalez´c´ zastosowanie w konstrukcji generatorów oraz detektorów promieniowania THz. Badania detekcji oraz emisji prowadziłem w niezale˙znych seriach eksperymentów i wykonywałem je na strukturach półprzewodnikowych, których znaczna˛ cze˛s´c´ wykonałem technika˛ litografii elektronowej. W przypadku badan´ emisji u˙zywałem komercyjnych tranzystorów polowych na bazie GaAs/GaInAs oraz próbek wykonanych na heterostrukturze GaAs/GaAlAs. Do bada´n detekcyjnych u˙zywałem próbek zawieraja˛cych podwójna˛ oraz pojedyncza˛ studnie˛ kwantowa˛CdTe/CdMgTe. Inspiracja˛ badan´ dotycza˛cych emisji promieniowania THz były prace teoretyczne M. Dyakonova oraz M. Shura, które przewiduja˛ moz˙liwos´c´ generacji promieniowania THz przez tranzystory polowe oraz prace do´swiadczalne, w których była obserwowana emisja z tranzystorów polowych. Wniniejszej pracy powtórzyłem cz˛e´s´c eksperymentów opisanych w pracach do´swiadczalnych. Celem tego zabiegu było, po pierwsze, lepsze zrozumienie mechanizmów stoja˛cych za generacja˛ promieniowania THz z tranzystorów polowych. Po drugie, chciałem zrozumiec´ przyczyny istnieja˛cej rozbiez˙nos´ci pomie˛dzy doniesieniami naukowymi o obserwacji emisji promieniowania THz z tranzystorów polowych a faktycznym brakiem opartych na tranzystorach emiterów promieniowania THz. Po upływie prawie szesnastu lat od pierwszej publikacji, w której taka˛ emisje˛ zaobserwowano nadal nie ma komercyjnych rozwia˛zan´ w tym zakresie. Pracuja˛c nad zagadnieniem emisji promieniowania THz z tranzystorów polowych uzyskałem wyniki eksperymentalne, których analiza wskazuje na to, ˙ze po pierwsze, niektóre nanometrowe tranzystory polowe moga˛ byc´ z´ródłem promieniowania mikrofalowego o dosyc´ duz˙ej mocy. Po drugie pokazałem, ˙ze u˙zycie detektora InSb strojonego polem magnetycznym do analizy spektralnej wia˛z˙e sie˛ z uwzgle˛dnieniem ograniczen´, nieuwzgle˛dnienie których mo˙ze prowadzi´c do bł˛ednej interpretacji otrzymanych widm. Oprócz bada´n emisyjnych z tranzystorów polowych prowadziłem badania emisyjne ze struktur wykonanych z heterostruktury GaAs/GaAlAs zawieraja˛cej dwuwymiarowy gaz elektronowy o wysokiej ruchliwo´sci no´sników. Badania te doprowadziły do zaobserwowania rezonansowej emisji promieniowania THz o cz˛estotliwo´sci rz˛edu 400 GHz. Przeprowadzone pomiary pokazały, z˙e emisja ta nie jest zwia˛zana z kształtem i geometria˛ próbek, lecz z sama˛ heterostruktura˛, z jakiej próbki zostały wykonane. Analiza wyników eksperymentalnych oraz prac innych autorów sugeruja˛, z˙e emisja moz˙e byc´ zwia˛zana z jonizacja˛ zderzeniowa˛ płytkich domieszek znajduja˛cych sie˛ w heterostrukturze. Inspiracja˛ do badan´, dotycza˛cych detekcji promieniowania THz była praca S. Mikhailova, w której autor opisuje mo˙zliwo´s´c wzmocnienia rezonansu plazmonowego poprzez utworzenie na powierzchni próbki, zawieraja˛cej dwuwymiarowy gaz elektronowy, siatki dyfrakcyjnej o koncentracji elektronów porównywalnej do koncentracji elektronów w studni kwantowej. Ide˛e sprz˛e˙zenia dwuwymiarowego gazu elektronowego w studni kwantowej z promieniowaniem THz przy u˙zyciu siatki dyfrakcyjnej o koncentracji no´sników zbli˙zonej do koncentracji no´sników w studni udało si˛e zrealizowa´c przy u˙zyciu odpowiednio sprocesowanej struktury półprzewodnikowej zawieraja˛cej podwójna˛ studnie˛ kwantowa˛ CdTe/CdMgTe. Realizacja ta polegała na wytrawieniu w górnej studni rowków w ten sposób, ˙ze niewytrawione obszary górnej studni układały sie˛ w szereg pasków zawieraja˛cych 2DEG. Wytworzyłem szereg takich struktur róz˙nia˛cych sie˛ głe˛bokos´cia˛ wytrawionych obszarów. Dodatkowo, wytworzyłem szereg struktur z „klasycznymi” sprz˛egaczami 2DEG z promieniowaniem THz, w postaci złotych siatek dyfrakcyjnych. Struktury pokryte siatkami półprzewodnikowymi i metalowymi zostały przebadane w pomiarach magnetotransmisji (pomiar transmisji promieniowania THz w funkcji pola magnetycznego) w szerokim zakresie cz˛estotliwo´sci promieniowania THz oraz w temperaturze nadciekłego helu. Uzyskane wyniki zostały zinterpretowane w ramach modelu opisuja˛cego wzbudzenia magnetoplazmonów (wzbudzenia plazmonów w polu magnetycznym) w 2DEG. Pokazały one, ˙ze próbki z siatkami półprzewodnikowymi moga˛ zostac´ uz˙yte jako rezonansowe detektory promieniowania THz strojone takimi parametrami, jak: pole magnetyczne, ´swiatło białe oraz geometryczne parametry siatki dyfrakcyjnej. Drugim wa˙znym wynikiem było okre´slenie polaryzacji wzbudzanego w próbkach magnetoplazmonu; stało si˛e to mo˙zliwe dzie˛ki zastosowaniu półprzewodnikowych siatek dyfrakcyjnych, które nie wykazuja˛ wła´sciwo´sci polaryzacyjnych. Słowa kluczowe: promieniowanie THz, spektroskopia THz, tranzystory polowe, dwuwymiarowy gaz elektronowy, magnetoplazmony, rezonans cyklotronowy, InSb, CdTe, GaAs.
In this dissertation I carried out research on two-dimensional electron gas (2DEG) excitations in the range of electromagnetic radiation of terahertz (THz) frequencies. The aim of the work was to understand the mechanisms behind the generation and detection of THz radiation by 2DEG and to propose new semiconductor structures that can be used in construction of new sources and detectors of THz radiation. I carried out the detection and emission studies in independent series of experiments and performed them on numerous semiconductor structures, a large part of which was fabricated using the electron-beam lithography technique. In the case of emission studies, I used commercial field-effect transistors based on GaAs/GaInAs and samples made on a GaAs/GaAlAs heterostructure. For detection studies, I used samples containing double and single CdTe/CdMgTe quantum wells. The research on THz radiation emission was inspired by theoretical works of M. Dyakonov and M. Shur, who predicted a possibility of THz radiation generation by field-effect transistors, and by experimental works in which the emission from field-effect transistors was observed. In my work, I repeated some of experiments described in experimental papers of other authors. The aim of this was, first, to better understand mechanisms behind generation of THz radiation from field-effect transistors. Secondly, I wanted to understand an existing discrepancy between scientific reports on observation of THz radiation emission from field-effect transistors and an apparent lack of transistor-based THz radiation sources almost sixteen years after the first publication in which such emission was observed. Working on the issue of THz radiation emission from field-effect transistors, I obtained experimental results the analysis of which indicates that, first of all, some nanometer field-effect transistors can be a source of quite high power microwave radiation. Second, I have shown that the use of a magnetic-field-tuned InSb detector for spectral analysis has a limitation that, if not taken into account, can lead to a wrong interpretation of spectra. In addition to emission research from field-effect transistors, I carried out research on emission from structures made of GaAs/GaAlAs heterostructure containing a two-dimensional electron gas of a high electron mobility. These studies led to observation of a resonant THz radiation emission with a frequency of 400 GHz. The performed measurements showed that the emission was not related to the shape and geometry of the samples but to parameters of the heterostructure. The analysis of experimental results and the work of other authors suggest that the emission may be related to the impact ionization of shallow impurities in the heterostructure. The research on the detection of THz radiation was inspired by the work of S. Mikhailov in which the author describes a possibility of enhancing plasma resonance by creating a grating on the sample surface containing a two-dimensional electron gas, with an electron concentration comparable to the concentration of electrons in a quantum well. The idea of coupling a two-dimensional electron gas in a quantum well with THz radiation using a grating with a carrier concentration similar to the concentration of carriers in the well was achieved by using an appropriately processed semiconductor structure containing a double CdTe/CdMgTe quantum well. This implementation consisted of etching grooves in the upper well such that non-etched areas of the upper well formed a series of 2DEG-containing stripes. I created a number of such structures that differed with parameters of etched areas, i.e. the parameters of the semiconductor gratings. These parameters are etch depth, etch width and the period of grating. Additionally, I created a series of single quantum well structures with a ”classic” coupler of THz radiation with a 2DEG in the form of a golden grating. Structures covered with semiconductor and metal grids have been studied in magnetotransmission measurements (measurement of THz radiation transmission as a function of magnetic field) in a wide range of THz radiation and at the temperature of superfluid helium. Obtained results were interpreted in the framework of a model describing magnetoplasmon excitation (excitation of a plasmon in magnetic field) in a 2DEG. Obtained results showed that samples with semiconductor grids can be used as resonant THz radiation detectors tuned with such parameters as: magnetic field, white light and geometric parameters of the grating. The second important result was the determination of the polarization of the magnetoplasmon excited in the samples; it became possible thanks to the use of semiconductor gratings that do not act as polarizers. Keywords: THz radiation, THz spectroscopy, field-effect transistors, two-dimensional electron gas, magnetoplasmons, cyclotron resonance, InSb, CdTe, GaAs.

Surface-enhanced Raman scattering (SERS)-active systems based on macroscopic Ag nanosponge aggregates as well as the conditions of SERS spectral measurements were optimized for selective and sensitive detection of a biomedically important, amphiphilic bile pigment bilirubin (BR) in alkaline aqueous solutions and in its solutions in a selected water miscible solvent, namely dimethylsulfoxide (DMSO) and/or water-immiscible solvent, namely CH2Cl2. Ag nanosponges assembled by using HCl as a pre-aggregation agent were found to be the optimal SERS-active systems for a reliable detection of BR in all the above-mentioned solvents. In all cases, the protonated form of adsorbed BR has been detected upon BR incorporation into Ag nanosponges, and its marker bands have been established by SERS spectral probing at excitation wavelengths in the 445-780 nm range. The sensitivity of SERS spectral detection was evaluated in terms of the concentration values of SERS spectral detection limits (SERS LODs) of BR incorporated into Ag nanosponges. In particular, the SERS LOD for BR incorporated from its alkaline aqueous solution is 1 x 10-8 M (at 532 nm excitation), for BR incorporated from its solution in DMSO, its value is also 1 x 10-8 M (at 532 and/or 633 nm excitations), and for incorporation from the solution of BR...

KurHigh mobility two-dimensional electron gas in CdTe quantum wells: High magnetic field studies Experimental studies of two-dimensional electron gases confined in CdTe and CdMnTe quantum wells are presented. The data analysis is supported by numerical calcula- tions of the band structure of confined states, using the local density and envelope func- tion approximations. Four by four, k.p calculations have been performed to justify the parabolic approximation of valence bands. Samples were characterized by Raman scatter- ing spectroscopy and far infrared cyclotron resonance absorption measurements. Low-field magneto-transport shows the dominant contribution of the semi-classical Drude conduc- tivity and three orders of magnitude weaker contributions of weak localization, electron- electron interaction and Shubnikov-de Haas oscillations. The contribution of electron- electron interactions is explained within a semi-classical model of circling electrons. The shape of Landau levels, broadening, transport and quantum lifetimes and dominant long- range scattering mechanism have been determined. High-field magneto-transport displays fractional quantum Hall states at Landau levels N = 0 and N = 1. The ground states 5/3 and 4/3 have been determined to be fully spin polarized, in agreement with the approach of composite...

Our investigation was focused on a secondary protein structure called polyproline I. This helical structure has been known for a long time, but its occurrence and significance in nature is not yet fully known. In this thesis, we use Raman spectroscopy and chiral sensitive Raman optical activity. These methods are sensitive to the structure of proteins but are more informative and sensitive to the local arrangement than the commonly used ECD and UV absorption. We were able to obtain polyproline I Raman and ROA spectra that have not yet been published. We have described important differences between the spectra of polyproline I and II and observed the process of mutarotation. The experimental part of the work is supplemented by quantum chemistry calculations of spectra using the transfer of molecular property tensor. The calculated spectra corresponded very well with the experimental spectra.

The samples of garnets used in this study come from clastic sediments from the drillcores Tř-1 and T-31, selected localities of the České středohoří Mountains and garnet-bearing ultramafic rocks sampled by the drillcore T-7. The contents of the major and some minor elements were determined by an electron probe microanalyzer. The garnets from the sediments were divided into 3 groups according to the contents of the end-members: 1) pyrope-, 2) almandine - pyrope- and 3) grosular - almandine-rich. Garnets from the drillcore T-7 were classified according to individual rock types in which they occurred: lherzolite, hazburgite, pyroxenite, eclogite and granulite. Chemical analyzes of garnets displayed the presence of positive correlations Cr vs. Ca vs. Ti Mn in pyrope grains. The contents of trace elements in garnets were studied by an LA-ICP-MS. After normalization to the CI-reservoir, garnets most often show lherzolite profiles of rare earth elements. Garnets of intense red and purple colors show slightly sinusoidal REE profiles. Inclusions enclosed in garnets were studied by a scanning electron microscope. If their dimensions allowed, the major and minor elements were determined by electron microanalysis for inclusions. Inclusions of amphiboles in association with spinel group minerals, carbonates and...

Niniejsza rozprawa doktorska opisuje badania związków srebra wykonane metodami spektroskopowymi. Główny nacisk został położony na związki srebra dwuwartościowego: fluorek srebra(II) AgF2, siarczan(VI) srebra(II) wraz ze swoim monohydratem, tetrafluoroboran fluorosrebra(II) (AgF)BF4, fluorosrebrzan(II) cezu CsAgF3, rubidu RbAgF3, oraz wysokotemperaturowa forma fluorosrebrzanu(II) potasu, HT-KAgF3 Ponadto zbadane zostały inne związki srebra: fluorek srebra(I) oraz tlenek srebra(I,III) AgO. Wszystkie związki zostały zbadane za pomocą spektroskopii fourierowskiej w zakresie dalekiej podczerwieni. Część związków zbadana została za pomocą spektroskopii ramanowskiej, spektroskopii absorpcyjnej w zakresie średniej i bliskiej podczerwieni, jak również za pomocą spektroskopii elektronowej z zakresu światła widzialnego i ultrafioletu oraz za pomocą nieelastycznego rozpraszania neutronów. Trzy związki, AgO, AgF i AgF2 zostały zbadane metodą spektroskopii Ramana pod zwiększonym ciśnieniem. Głównym celem pracy było zrozumienie struktury oscylacyjnej badanych związków, jak też wniknięcie w naturę ich przemian strukturalnych pod wysokim ciśnieniem (dla wybranych układów). Drugim celem było oszacowanie stałej nadwymiany magnetycznej dla dwuwymiarowego AgF2 z użyciem spektroskopii Ramana, a dla jednowymiarowego AgFBF4 z użyciem spektroskopii absorpcyjnej w zakresie NIR. Celem ubocznym, który wyniknął w trakcie prowadzenia prac badawczych, było zrozumienie rozkładu fotochemicznego AgF2 i AgSO4. Badania nad fluorkiem srebra(I) pod wysokim ciśnieniem wykazały obecność większej liczby pasm ramanowskich niż przewidywana z obliczeń teorii grup (brak pasm); część z nich prawodpodobnie pochodzi od centrów barwnych lub od nadtonu aktywnego w podczerwieni drgania normalnego T1u. Badania nad fluorkiem srebra(II) wykazały jego wysoką fotoczułość. Produkt indukowanego światłem laserowym fotorozkładu został zbadany w zakresie od ciśnienia atmosferycznego do 47 GPa. Wydaje się, ze rozkład fotochemiczny prowadzi do pochodnej zawierającej aniony Ag(II)F42–, zapewne Ag(I)2Ag(II)F4, który jest pierwszym znanym fluorkiem srebra o mieszanej wartościowości Ag(I)/Ag(II). Wyznaczono zależność ciśnieniową charakterystycznego pasma ramanowskiego tej nowej fazy do ciśnienia 47 GPa. Ponadto dzięki zastosowaniu spektroskopii rozproszenia ramanowskiego oraz nieelastycznego rozpraszania neutronów z powodzeniem zidentyfikowano i zarejestrowano po raz pierwszy przejścia bimagnonowe w dwuwymiarowym antyferromagnetyku, AgF2, i wyznaczono wartość wewnątrzwarstwowej stałej nadwymiany magnetycznej, J, dla tego związku. Duża wartość J=70 meV plasuje ten związek jako jedyny, poza warstwowymi tlenkami miedzi(II), wykazujący tak silną nadwymianę magnetyczną w dwóch wymiarach. Fluoroboran fluorosrebra(II) został scharakteryzowany za pomocą spektroskopii rozproszenia ramanowskiego, nieelastycznego rozproszenia neutronów, spektroskopii fourierowskiej w podczerwieni oraz spektroskopii odbiciowej w zakresie średniej podczerwieni. Charakterystyczne pasmo absorpcyjne w zakresie bliskiej podczerwieni pozwolilo na oszacowanie wewnątrzłańcuchowej stałej nadwymiany magnetycznej dla tego związku na około 270 meV, co przekracza najwyższą znaną do tej pory wartość zmierzoną dla Sr2CuO3 (240 meV). Badania nad tlenkiem srebra(I,III) prowadzone w zakresie wysokich ciśnień wykazały brak indukowanego ciśnieniem rozkładu lub komproporcjonacji tego związku do nie mniej niż 74 GPa. Ponadto, z uwagi na dobrą zgodność pozycji pasm ramanowskich z obliczeniami teoretycznymi dokonanymi na modelach wysokociśnieniowych faz AgO udało się wykazać istnienie dwóch strukturalnych przejść fazowych w przedziale ciśnienia od 0 do 74 GPa. W trakcie badań przeprowadzonych na trzech fluorosrebrzanach(II) metali alkalicznych: HT-KAgF3, CsAgF3 i RbAgF3 wykazano bardzo duże podobieństwo widm spektroskopii fourierowskiej w zakresie dalekiej podczerwieni tych związków mimo wyraźnych różnic strukturalnych.
This doctoral dissertation describes research on silver compounds carried out with a range of spectroscopic methods. The main focus of the thesis was on divalent silver compounds: AgF2, AgSO4, AgSO4∙H2O, (AgF)BF4, CsAgF3, RbAgF3, and high-temperature form of KAgF3. In addition, other silver compounds were investigated, particularly AgF and silver(I, III) oxide AgO. All compounds were studied by FT-FIR spectroscopy, some were also investigated with Raman spectroscopy (at ambient or high pressure), MIR, NIR, as well as UV and visible absorption spectroscopy and by inelastic neutron scattering. The main scope of the work was to get insight into vibrational structure of the studied compounds as well as understand their pressure-induced phase transitions. The second goal was to determine magnetic superexchange constants for 2D AgF2 from Raman scattering spectra, and for 1D AgFBF4 from NIR-absorption spectra. The auxiliary task, dictated by the course of the experimental work, was to understand photochemical decomposition of AgF2 and AgSO4. The spectroscopic measurements of AgIISO4 prepared using the new electrosynthesis method in concentrated H2SO4 showed its similarity with the product of chemical synthesis developed earlier, albeit substantial differences in reactivity to water vapor were also found. In addition, the laser-induced decomposition of AgIISO4 was observed and it was shown that the decomposition product is dependent on the wavelength of the laser used. A similar photosensitivity was observed in AgIISO4∙H2O. The hydrate was also studied spectroscopically from far-infrared to UV, which allowed determination of the orbital splitting parameters as well as has provided the supplementary evidence for the presence of water molecules in its crystal structure. Research on AgF at high pressure showed the presence of several Raman bands in contrast with predictions of group theory (no Raman-active bands), some of them probably originating from color centers or overtone of the IR-active fundamental. Research on AgF2 proved its high photosensitivity to laser light. Laser-induced photodecomposition product has been studied in the range from atmospheric pressure up to 47 GPa. The decomposition product seems to contain Ag(II)F42– anion, notably Ag(I)2Ag(II)F4, which is the first mixed-valence Ag(I)/Ag(II) fluoride known. Pressure dependence of the characteristic Raman band for this phase was measured up to 47 GPa. In addition, using Raman scattering spectroscopy and inelastic neutron scattering, I have successfully identified and measured for the first time the bimagnon transitions in 2D antiferromagnet, AgF2, and determined the value of the intra-sheet magnetic superexchange constant, J. The large value of J=70 meV sets this compound second only to lamellar oxocuprates(II). (AgF)BF4 has been characterized by Raman scattering, inelastic neutron scattering, IR absorption and reflection spectroscopy. The characteristic band appearing in the NIR absorption spectra enabled estimation of the intra-chain magnetic superexchange constant for this compound to be about 270 meV. This value surpasses the largest known superexchange constant ever measured (240 meV for Sr2CuO3). Research on AgO conducted under a high pressure showed no pressure-induced decomposition or comproportionation of this compound to no less than 74 GPa. Due to the good agreement of the experimental Raman band positions with those derived from the theoretical calculations made on the AgO high-pressure models, it was possible to demonstrate the existence of two structural phase transitions in the pressure range from 0 to 74 GPa. The research carried out on three alkali metal fluoroargentates: CsAgF3, RbAgF3, and high-temperature form of KAgF3 has shown that despite clear structural differences between them, the Fourier transmission spectra in the far infrared range of all compounds show substantial similarity.

Diploma thesis Iron Functionalized Nanoparticles of Titanium Dioxide Lenka Volfová 2017, ABSTRACT Iron-functionalized TiO2 were obtained by hydrolysis of aqueous solutions of titanyl sulfate with addition of ferric nitrate with ammonium hydroxide and the reaction filtered and washed with hydrogen peroxide. The colloid solutions thus prepared were lyophilized and the products were subsequently annealed at three different temperatures of 650 řC, 800 řC and 950 řC. The prepared doped materials were characterized by powder X-ray diffractometry, electron microscopy, infrared spectroscopy, Mössbauer spectroscopy, UV/VIS spectroscopy, thermogravimetric analysis and differential thermal analysis, and measurement of the specific surface area. Photocatalytic activity was determined by measuring of the decomposition of kinetics of 4-chlorophenol in an aqueous solution in the ultraviolet and visible area. For comparison of activity in the UV area and in the visible area were used a previously prepared highly photoactive specimen and standard TiO2 from Kronos, respectively. Keywords: Doped titanium dioxide, nanostructure, X-ray diffraction, electron microscopy, Mössbauer spectroscopy, suppression of photoactivity

In the present work Mg films prepared by RF magnetron sputtering were studied. Variable energy positron annihilation spectroscopy (VEPAS) was employed for investigation of defects in the Mg films. VEPAS characterization was combined with scanning electron microscopy and X-ray diffraction in order to determine grain size, phase composition and texture. The effect of different deposition rate and deposition temperature, annealing, various substrates and film thickness on the structure and amount of defects present in the Mg films was examined. Defect studies by VEPAS showed that positrons in studied Mg films are trapped at misfit dislocations and at vacancy-like defects in grain boundaries and their density can be reduced by the deposition at elevated temperature. 1

Title: The preparation and study of catalytic system Cu(O)-CeO2 using surface analytical methods Author: Břetislav Šmíd Department: Department of Surface and Plasma Science Supervisor of the doctoral thesis: Doc. Mgr. Iva Matolínová, Dr. Abstract: This work is concerned with a study of copper/copper oxide - cerium dioxide systems and their interaction with CO and H2O molecules. Investigated samples were prepared in the form of powder catalysts and also as very well defined model inverse systems. The low temperature CO oxidation powder catalysts were studied by means of XPS, XRD, SEM, TEM and in micro-reactor system allowing the CO oxidation examination. The study of H2O adsorption and co-adsorption of H2O with CO were carried out on model inverse systems CeOx(111)/Cu(111) in ultra-high vacuum conditions using X-ray, synchrotron radiation (SRPES), resonant (RPES) photoelectron spectroscopies and LEED. It was observed on the stoichiometric surface water adsorbs molecularly at 120 K while on the reduced surface and surface of CeO2 islands on Cu(111) the H2O adsorption is partially dissociative with formation of OH groups. The increase of Ce3+ species (i.e. surface reduction) observed after H2O adsorption was explained as an electronic effect of the Ce 4f charge accumulation and Ce 5d charge depletion....