Naše aktivity

V případě kvantové mechaniky se orientujeme na teoretické studium elektronové struktury a mechanických i magnetických vlastností materiálů obsahujících rozlehlé poruchy (hranice zrn, antifázové a mezifázové hranice). Zabýváme se také studiem vlastností povrchů a povrchových jevů. Vycházíme zde ze základních rovnic kvantové mechaniky, což nám umožňuje hlubší pochopení vnitřní stavby materiálů a souvislostí mezi jejich strukturou a technicky důležitými vlastnostmi. Studujeme například magnetické nanočástice, materiály s povrchem indukovaným magnetismem nebo s potenciálním využitím pro uchovávání vodíku či karbidy křemíku.

Pokud není nutné použít detailní pohled kvantové mechaniky a zároveň nás zajímá chování materiálů za různých podmínek, saháme po termodynamice a výpočtech fázových rovnovah. Modelujeme fázové diagramy komplexních kovových soustav, které jsou zajímavé jak z hlediska materiálového výzkumu, tak fyzikálně-chemických vlastností. Studujeme například termoelektrika, materiály s potenciálním využitím pro uchovávání vodíku, speciální oceli. Zajímají nás sigma a Lavesovy fáze, které významně ovlivňují mechanické vlastnosti materiálů. Zavádíme i nové popisy struktur za nízkých teplot či optimalizujeme stávající modely tak, aby plně vystihovaly fyzikální podstatu a chování materiálů.

Námi studované jevy jsou na spolupracujících pracovištích podrobeny experimentální analýze pomocí elektronové mikroskopie, rentgenové difrakce či termické analýzy.

Kromě toho všeho se také věnujeme výuce předmětů Fyzikální chemie, Materiálová chemie kovů, Pokročilé modelování pevných látek, atd.

Laicky řečeno

Většina technicky významných vlastností materiálů má svůj původ v chování elektronů, které lze považovat za jakési lepidlo držící atomy pevné látky pohromadě. Pokud pochopíme a dobře popíšeme vliv chování elektronů na materiálové vlastnosti, můžeme snadno pomocí počítačového modelování navrhovat nové materiály s předem zadanými technickými parametry. Na základě modelování pak lze technologům doporučit nejnadějnější složení a strukturu materiálu pro ten který účel, s podstatným omezením personálně a finančně náročného experimentování.

Pokud je nutné chápat chování materiálu v závislosti na tlaku, teplotě a chemickém složení, což je zatím pro kvantovou mechaniku velice náročné, je lepší využít zákonů klasické termodynamiky. Jednoduše řečeno je lepší spočítat energie jednotlivých struktur a zkombinovat je tak, aby celková energie byla co nejnižší. Analýzou stability struktur za různých podmínek můžeme nalézt oblasti stability technologicky zajímavých materiálů.

Dostupné vybavení

Pro kvantově-mechanické výpočty elektronové struktury pevných látek používáme programy založené na metodě funkcionálu hustoty (Density Functional Theory, DFT) VASP a WIEN2k. Program WIEN2k zahrnuje úplný krystalový potenciál a používá metodu přidružených rovinných vln. Program VASP používá metodu pseudopotenciálů a metodu projektovaných přidružených vln. Nástavbou nad výše zmíněnými metodami jsou programy umožňující výpočty fononových spekter a z nich odvozených termodynamických veličin - Phonon a Phonopy.

Kvantově-mechanické výpočty provádíme na výpočetním klastru, který jsou součástí vybavení naší skupiny, a na několika výpočetních centrech.

Pro termodynamické modelování (výpočty Gibbsových energií a dalších termodynamických veličin studovaných fází a vykreslení fázových diagramů) používáme programy, které hledají absolutní minimum Gibbsovy energie. K dispozici máme software PANDAT a Thermo-Calc, které jsou běžně využívány na předních pracovištích oboru po celém světě.

Termodynamické výpočty jsou prováděny na běžných osobních počítačích a nejsou k nim třeba speciálních výpočetní clustery. Termodynamické databáze jsou upravovány pomocí běžně dostupného software.

Pro tvorbu grafů (včetně třísložkových fázových diagramů) je k dispozici program Grapher.

Pro studenty

V rámci probíhajícího výzkumu a pedagogických aktivit nabízíme spolupráci na samostatných projektech; závěrečných projektech (studenti programu Chemie) a bakalářských (studenti programu Chemie se zaměřením na vzdělávání), diplomových a doktorských pracích. Je možné pracovat i na tématech pedagogického zaměření v oblasti fyzikální chemie, kovových materiálů nebo počítačového modelování. Rádi Vám ukážeme naše pracoviště a probereme s Vámi možnosti zapojení do naší činnosti. 

Nebojte se nás kontaktovat .

Kde se informovat

V případě zájmu o jakékoliv informace neváhejte kontaktovat kteréhokoliv člena naší skupiny, do které patří:

Publikace