Témy dizertačných prác pre doktorandské študijné programy pre akademický rok 2026/2027

Názov

Amyloidné fibrily α-laktalbumínu a lyzozýmu: tvorba, charakterizácia a stabilita v komplexných systémoch

Jazyk práce

SK

Anotácia

Amyloidná agregácia predstavuje proces štruktúrnej premeny natívnych proteínov na vysoko usporiadané amyloidné fibrily s typickou sekundárnou štruktúrou krížového β-skladaného listu. Hoci sú amyloidné fibrily tradične spájané s patologickými stavmi označovanými ako amyloidózy, súčasné výskumy poukazujú aj na ich potenciálne využitie v oblasti biotechnologických a potravinárskych aplikácií, najmä ako bioaktívne proteíny s pridanou nutričnou hodnotou. α-laktalbumín (α-LA) a lyzozým patria medzi dobre charakterizované globulárne proteíny s prirodzeným výskytom v potravinových matriciach. α-laktalbumín, proteín prítomný v mlieku cicavcov, a lyzozým, enzým nachádzajúci sa najmä vo vaječnom bielku a sekrétoch cicavcov, predstavujú vhodné modelové systémy na štúdium tvorby amyloidných fibríl a hydrogélov. Lyzozým je známy svojou vysokou stabilitou, antimikrobiálnou aktivitou a schopnosťou tvoriť amyloidné fibrily za definovaných denaturačných podmienok, čo z neho robí atraktívny model pre štúdium vzťahu medzi štruktúrou, stabilitou a funkčnými vlastnosťami amyloidných systémov. Práca sa tiež zameriava na preskúmanie potenciálneho využitia amyloidných fibríl a hydrogélov oboch proteínov v potravinárskom sektore, a to ako výživových doplnkov s pridanou nutričnou hodnotou alebo ako nosičov a stabilizátorov hydrofóbnych bioaktívnych látok. Získané výsledky môžu prispieť k lepšiemu pochopeniu správania sa potravinových amyloidných štruktúr v biologicky relevantných podmienkach a k objasneniu ich potenciálu ako nutričných prípravkov novej generácie.

Cieľ

Identifikácia a optimalizácia podmienok vedúcich k tvorbe amyloidných fibríl a hydrogélov α-laktalbumínu a lyzozýmu, najmä v prítomnosti rôznych solí, rôzneho pH, rôznej teploty a miešania a ich detailná štrukturálna a morfologická charakterizácia pomocou biofyzikálnych metód (fluorescencia, cirkulárny dichroizmus, ATR-FTIR, AFM, polyakrylamidová elektroforéza). Stabilita amyloidných fibríl a hydrogélov bude testovaná v prítomnosti proteolytických enzýmov (pepsín, trypsín a iné), detergentov ako je SDS a vybraných nanočastíc s cieľom posúdiť ich odolnosť a interakcie v komplexných systémoch.

Literatúra

(1) Cao Y, Mezzenga R. Food protein amyloid fibrils: Origin, structure, formation, characterization, applications and health implications. Adv Colloid Interface Sci. 2019 269:334-356. (2) Cheong DY, Roh S, Park I, Lin Y, Lee YH, Lee T, Lee SW, Lee D, Jung HG, Kim H, Lee W, Yoon DS, Hong Y, Lee G. Proteolysis-driven proliferation and rigidification of pepsin-resistant amyloid fibrils. Int J Biol Macromol. 2023; 227:601-607. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2022.12.104.

Školiteľ

RNDr. Andrea Antošová, PhD.

Konzultant

doc. RNDr. Zuzana Gažová, DrSc.

EVI

Téma bude realizovaná na externej vzdelávacej inštitúcii - Oddelenie biofyziky, Ústav experimentálnej fyziky SAV; https://websrv.saske.sk/uef/

Názov

Generatívne modelovanie konformačných súborov nanoteliesok

Jazyk práce

SK

Anotácia

Jednodoménové protilátky (nanotelá alebo VHH) sa stali kľúčovými terapeutickými modalitami vďaka svojim predĺženým slučkám v oblasti určujúcej komplementaritu 3 (CDR3). Tieto slučky majú schopnosť preniknúť do kryptických epitopov, ktoré sú pre konvenčné imunoglobulíny nedostupné. Súčasná paradigma výpočtového dizajnu proteínov sa však silne spolieha na statické štrukturálne predikcie odvodené z modelov ako AlphaFold a ProteinMPNN. Tieto modely primárne generujú súradnice tuhých verzií štruktúrnych dát na základe kryštalografických meraní, čím zanedbávajú termodynamickú flexibilitu a entropické príspevky, ktoré riadia vysokoafinitnú väzbu a špecifickosť. Toto „statické skreslenie“ limituje vývoj viazačov pre vnútorne neusporiadané oblasti alebo ciele vyžadujúce mechanizmus indukovaného prispôsobenia (induced-fit), ako sú receptory spriahnuté s G-proteínmi (GPCR). Táto dizertačná práca navrhuje nový rámec generatívnej umelej inteligencie navrhnutý na predikciu a inžinierstvo konformačných súborov (ensembles) nanotelies namiesto jednotlivých statických štruktúr. Premostením priepasti medzi vysoko-priepustnými simuláciami molekulárnej dynamiky (MD) a geometrickým hlbokým učením (geometric deep learning) si tento výskum kladie za cieľ naučiť sa latentnú varietu fluktuácií CDR slučiek. Metodológia zahŕňa konštrukciu komplexného „dynamického atlasu“ pohybov VHH, trénovanie SE(3)-ekvivariantnej grafovej neurónovej siete na predikciu distribučnej štrukturálnej variancie a vývoj difúzneho generatívneho modelu podmieneného špecifickými profilmi pohybu.

Cieľ

Ciele práce: • Vytvorenie knižnice dynamických VHH na mikrosekundovej škále • Vývoj geometrickej ekvivariantnej siete pre súbory • Generatívny dizajn alosterických viazačov

Literatúra

články z vedeckých časopisov.

Školiteľ

prof. RNDr. Erik Sedlák, DrSc.

Konzultant

RNDr. Martin Menkyna, PhD.

EVI

Téma bude realizovaná na externej vzdelávacej inštitúcii - Centrum Interdisciplinárnych Biovied, TIP - UPJŠ ; https://www.tip-cib.sk/

Názov

Chemické a morfologické mapovanie živých buniek pomocou Ramanovej mikroskopie a povrchovo-zosilnenej Ramanovej spektroskopie

Jazyk práce

SK

Anotácia

Ramanova spektroskopia (RS) je nedeštruktívna vibračná analytická metóda poskytujúca špecifickú štrukturálnu informáciu na úrovni molekúl. Ramanove spektrum predstavuje jedinečný „odtlačok prsta“ analyzovanej zlúčeniny. Vďaka minimálnym nárokom na prípravu vzorky, možnosti meraní vo vodných roztokoch a absencii potreby externého značenia nachádza RS významné uplatnenie v biomedicínskych aplikáciách. Navyše, kombinácia RS s optickou mikroskopiou, známa ako Ramanova mikroskopia, umožňuje chemické mapovanie buniek, tkanív a subbunkových štruktúr s priestorovým rozlíšením približne 1 μm, a to aj v živých systémoch a pri fyziologických podmienkach. Praktické využitie RS je však obmedzené jej nízkou citlivosťou a interferenciou zvyčajne silného fluorescenčného pozadia. Tieto limity je možné prekonať použitím povrchovo-zosilnenej Ramanovej spektroskopie (SERS), ktorá vďaka prítomnosti kovových nanočastíc umožňuje výrazné zosilnenie Ramanovho signálu, potlačenie fluorescencie a následne aj detekciu nízkych koncentrácií molekúl. Dôležitú úlohu v tomto kontexte zohrávajú aj špecifické Ramanove značky a SERS-aktívne nanoštruktúry, ktoré výrazne rozširujú možnosti cieleného a spektrálne bohatého Ramanovho zobrazovania. Cieľom dizertačnej práce je použitie a rozvoj Ramanovej mikroskopie a SERS na štúdium chemických, štrukturálnych a morfologických zmien živých buniek vyvolaných rôznymi faktormi, ako sú expozícia nanočasticiam, interakcia s bioaktívnymi molekulami (napr. liečivami), aplikácia žiarenia alebo fotodynamická terapia. Osobitný dôraz bude kladený na výber, štúdium a optimalizáciu Ramanových značiek, ako aj na návrh nových značiek vhodných pre cielené a spektrálne bohaté Ramanovo zobrazovanie biologických systémov. Súčasťou práce bude aj chemometrická analýza hyperspektrálnych Ramanových dát zameraná na identifikáciu spektrálnych markerov a kvantitatívnych korelácií medzi chemickými zmenami a biologickými procesmi. Výsledky práce majú prispieť k rozvoju Ramanovej a SERS mikroskopie ako neinvazívnych a molekulovo špecifických nástrojov pre biofyzikálnu analýzu buniek.

Cieľ

Cieľom dizertačnej práce je použitie a rozvoj Ramanovej mikroskopie a SERS na štúdium chemických, štrukturálnych a morfologických zmien živých buniek vyvolaných rôznymi faktormi, ako sú expozícia nanočasticiam, interakcia s bioaktívnymi molekulami (napr. liečivami), aplikácia žiarenia alebo fotodynamická terapia. Osobitný dôraz bude kladený na výber, štúdium a optimalizáciu Ramanových značiek, ako aj na návrh nových značiek vhodných pre cielené a spektrálne bohaté Ramanovo zobrazovanie biologických systémov. Súčasťou práce bude aj chemometrická analýza hyperspektrálnych Ramanových dát zameraná na identifikáciu spektrálnych markerov a kvantitatívnych korelácií medzi chemickými zmenami a biologickými procesmi.

Literatúra

1. Colthup, N. B.; Daly, L. H.; Wiberley, S. E.: Introduction to Infrared and Raman Spectroscopy. Third Edition, Academic Press, Elsevier Inc (1990). 2. Lewis, I. R.; Edwards, H.: Handbook of Raman Spectroscopy. From the Research Laboratory to the Process Line. CRC Press (2001). 3. Exline, D.: Comparison of Raman and FTIR Spectroscopy: Advantages and Limitations, Gateway Analytical (2013) https://gatewayanalytical.com/resources/publications/ comparison-raman-and-ftir-spectroscopy-advantages-and-limitations/ 4. Aroca, R.: Surface-Enhanced Vibrational Spectroscopy. Wiley (2006). 5. Dieing, T.; Hollricher, O.; Toporski, J. (eds.): Confocal Raman Microscopy, Springer Series in Optical Sciences, Berlin Heidelberg (2010). 6. Zoubir, A. (ed.): Raman Imaging. Techniques and Applications. Springer, Berlin Heidelberg (2012). 7. Súbor aktuálnych vedeckých publikácií zo študovanej problematiky, napr.: Pasteris J. D. (2020) Welcome to Raman Spectroscopy: Successes, Challenges, and Pitfalls. Elements, ffhal-03049553; Pezzotti, G. (2021) Raman spectroscopy in cell biology and microbiology, Journal of Raman Spectroscopy 52(12), 2348-2443; Wachsmann-Hogiu S. et al. (2009) Chemical analysis in vivo and in vitro by Raman spectroscopy—from single cells to humans. Current Opinion in Biotechnology, 20(1), 63–73; Chisanga, M. et al (2019) Enhancing Disease Diagnosis: Biomedical Applications of Surface-Enhanced Raman Scattering. Applied Sciences 9(6), 1163; Ember K. J. I. (2017) Raman spectroscopy and regenerative medicine: a review. Npj Regenerative Medicine, 2(1); Bukowska J. et al. (2013) Surface-enhanced Raman Scattering (SERS) in Bioscience: A Review of Application. Optical Spectroscopy and Computational Methods in Biology and Medicine, 29–59; Lin C. et al.: (2023) Recent development of surface-enhanced Raman scattering for biosensing Journal of Nanobiotechnology 21, 149; atď.

Školiteľ

RNDr. Zuzana Jurašeková, PhD.

Konzultant

RNDr. Veronika Huntošová, PhD.

Názov

Molekulárne mechanizmy amyloidnej agregácie proteínov a jej inhibícia

Jazyk práce

SK

Anotácia

Amyloidné štruktúry sú spájané s neurodegeneratívnymi ochoreniami (Alzheimerova choroba, Parkinsonova choroba), ale čoraz častejšie sa uznáva, že amyloidové štruktúry môžu vytvárať všetky proteíny, vrátane proteínov nachádzajúcich sa v potravinách (laktalbumín, laktoglobulín). Dôležité je identifikovať vhodné podmienky pre tvorbu amyloidných agregátov a zároveň možnosť predchádzať alebo zamedziť tvorbe ochorení, ktoré vzniknú poškodením proteínov.

Cieľ

Hlavnými cieľmi práce bude pochopenie mechanizmov tvorby amyloidných agregátov proteínov (lyzozým, inzulín, laktalbumín a iných), ako aj identifikácia proteínových amyloidných inhibítorov (malé molekuly, nanočastice, poly/peptidy). Využívať sa budú rôzne fyzikálno-chemické metódy, hlavne spektroskopické techniky (fluorescencia, cirkulárny dichroizmus, ATR-FTIR), atómová silová mikroskopia a PAGE elektroforéza.

Literatúra

(1) López-García P, Tejero-Ojeda MM, Vaquero ME, Carrión-Vázquez M. Current amyloid inhibitors: Therapeutic applications and nanomaterial-based innovations. Prog Neurobiol. 2025;247:102734. doi:10.1016/j.pneurobio.2025.102734. (2) Greenwald J, Riek R. Biology of amyloid: Structure, function, and regulation. Structure. 2010;18(10):1244–1260. doi:10.1016/j.str.2010.08.009.

Školiteľ

doc. RNDr. Zuzana Gažová, DrSc.

Konzultant

RNDr. Andrea Antošová, PhD.

EVI

Téma bude realizovaná na externej vzdelávacej inštitúcii - Oddelenie biofyziky, Ústav experimentálnej fyziky SAV; https://websrv.saske.sk/uef/

Názov

Nové prístupy vo fotodynamickej terapii zameranej na patogény

Jazyk práce

SK

Anotácia

Antibakteriálna rezistencia predstavuje narastajúci celosvetový problém. Je preto nevyhnutné identifikovať nové prístupy, ktoré dokážu spoľahlivo eliminovať patogény bez potreby nasadzovania antibiotík poslednej línie. Jednou zo sľubných možností je antibakteriálna fotodynamická terapia (aPDT), využívajúca svetlo a fotosenzibilizátor na generovanie reaktívnych foriem kyslíka. Tieto radikály spôsobujú narušenie peptidoglykánovej bunkovej steny baktérií a následnú inhibíciu ich rastu. Kým Gram‑pozitívne baktérie sú voči aPDT väčšinou vysoko citlivé, Gram‑negatívne baktérie často vykazujú výraznú odolnosť. Cieľom dizertačnej práce bude identifikovať nové stratégie, ktoré zvýšia účinnosť aPDT aj proti Gram‑negatívnym baktériám a biofilmom, ktoré môžu obmedzovať prienik svetla a aktiváciu fotosenzibilizátora. Plánujeme využiť moderné transportné systémy na stabilizáciu fotosenzibilizátorov a preskúmať možnosti kombinovanej terapie s antimikrobiálnymi látkami. Metódy molekulárnej a bunkovej biológie budú prepojené s biofyzikálnymi technikami, čím vznikne interdisciplinárny prístup k riešeniu aktuálneho problému antimikrobiálnej rezistencie. Súčasťou projektu bude aj aktívna medzinárodná spolupráca s vedeckými tímami v Rakúsku, Nemecku a Turecku, s ktorými má Centrum interdisciplinárnych biovied už dlhodobo nadviazané partnerstvá. Táto spolupráca umožní rozšíriť experimentálne možnosti, podporí výmenu know‑how a prispeje k lepšiemu prepojeniu výsledkov výskumu na medzinárodný kontext. V rámci vedeckého projektu sa predpokladá aktívna spolupráca s medzinárodnými vedeckými tímami v Rakúsku, Nemecku a Turecku, a ktorými má Centrum Interdisciplinárnych Biovied už nadviazané kontakty.

Cieľ

Cieľom dizertačnej práce bude identifikovať nové stratégie, ktoré zvýšia účinnosť aPDT aj proti Gram‑negatívnym baktériám a biofilmom, ktoré môžu obmedzovať prienik svetla a aktiváciu fotosenzibilizátora.

Literatúra

Wang X., Shi W., Jin Y. et al.: Photodynamic and photothermal bacteria targeting nanosystems for synergistically combating bacteria and biofilms. Journal of Nanobiotechnology (2025) 23:40 Huang K., Li F., Yuan K. et al.: A MOF-armored zinc-peroxide nanotheranostic platform for eradicating drug resistant bacteria via image-guided and in situ activated photodynamic therapy. Applied Materials Today (2022) 28: 101513 Hamblin M., Hasan T.: Photodynamic therapy: a new antimicrobial approach to infectious disease? Photochem Photobiol Sci. (2024) 3: 436-450

Školiteľ

RNDr. Veronika Huntošová, PhD.

Konzultant

Mgr. Ľuboš Ambro, PhD.

EVI

Téma bude realizovaná na externej vzdelávacej inštitúcii - Centrum Interdisciplinárnych Biovied, TIP - UPJŠ; https://www.tip-cib.sk/

Názov

Proteínové a hybridné biomateriály pre biomedicínske aplikácie

Jazyk práce

SK

Anotácia

Proteíny s výnimočnými štrukturálnymi a funkčnými vlastnosťami, ako sú biokompatibilita, biologická odbúrateľnosť, dostupnosť a nízka schopnosť vyvolávať imunitné alebo zápalové reakcie tkanív, predstavujú perspektívne stavebné prvky biomateriálov, vrátane hydrogélov. Tieto materiály sa vyznačujú možnosťou presnej kontroly mechanickej pevnosti, chemickej stability a bioaktivity, vďaka čomu nachádzajú uplatnenie v tkanivovom inžinierstve, cielenom podávaní liekov a biosenzorike.

Cieľ

Cieľom dizertačnej práce je dizajn, príprava a detailné štúdium jedno- a viaczložkových proteínových a hybridných hydrogélov so zameraním na vplyv jednotlivých zložiek a externých modifikácií na štruktúru, stabilitu a odozvu materiálu na vonkajšie podmienky.Výsledky tejto práce by mali viesť k postupom pre tvorbu multifunkčných, programovateľných materiálov a podporiť ich využitie v biomedicíne, bioinžinierstve a nanotechnológiách.

Literatúra

Knowles, T.P.J & Buehler, M.J. Nanomechanics of functional and pathological amyloid materials. Nature Nanotech 2011, 6, 469-479 Iglesias V. et al. The dual nature of amyloids: From pathogenic aggregates to functional biostructures. Biochem (Lond) (2024) 46 (6): 21-26. Fallot, L. B. et al. From Pathology to Materials Science and Engineering: Harnessing the Amyloid State for Biotechnological Applications. ACS Appl. Mater. Interfaces 2025, 17, 62839−62859 Liu Y. et al. Engineered Protein Hydrogels as Biomimetic Cellular Scaffolds. Adv. Mater. 2024, 36, 2407794

Školiteľ

Ing. RNDr. Katarína Šipošová, PhD.

Konzultant

Ing. Katarína Paulovičová, PhD.

EVI

Téma bude realizovaná na externej vzdelávacej inštitúcii - Oddelenie biofyziky; Ústav experimentálnej fyziky SAV, v. v. i., Košice https://websrv.saske.sk/uef/oddelenia-a-laboratoria/oddelenie-biofyziky/

Názov

Riadená evolúcia haloalkánových dehalogenáz.

Jazyk práce

SK

Anotácia

Dizertačná práca je zameraná na inžinierstvo haloalkánových dehalogenáz (HLD), enzýmov schopných degradovať halogénované organické zlúčeniny predstavujúce významnú environmentálnu záťaž. Hlavným cieľom je pripraviť nové varianty enzýmu s vyššou tepelnou stabilitou a katalytickou aktivitou prostredníctvom riadenej evolúcie hyperstabilného variantu DhaA115. Výskum využije kombináciu ribozómového displaya a technológie HaloTag, ktorá umožňuje efektívny výber funkčných enzýmov a prekonáva obmedzenia reverzibilných interakcií enzým-substrát. Vybrané varianty budú identifikované pomocou vysokokapacitného skríningu, následne produkované rekombinantne v E. coli a podrobené komplexnej biofyzikálnej a štruktúrnej charakterizácii vrátane analýzy tepelnej stability, kinetických parametrov a röntgenovej kryštalografie. Očakávaným prínosom práce je hlbšie pochopenie vzťahov medzi štruktúrou a funkciou HLD a vytvorenie prenositeľnej platformy pre evolúciu dehalogenáz. Získané poznatky môžu rozšíriť spektrum enzýmov využiteľných v biokatalýze a environmentálnej bioremediácii, čím prispejú k rozvoju ekologicky udržateľných biotechnológií.

Cieľ

Hlavný cieľ: Vyvinúť nové varianty haloalkánových dehalogenáz s vyššou katalytickou účinnosťou a stabilitou pomocou riadenej evolúcie a pokročilých biofyzikálnych a štruktúrnych metód. Ciele práce: • Optimalizácia metodiky riadenej evolúcie haloalkánovej dehalogenázy • Identifikácia a produkcia variantov s vylepšenou aktivitou a stabilitou • Komplexná biofyzikálna a štruktúrna charakterizácia a interpretácia vzťahu štruktúra-funkcia

Literatúra

1. Wang et al. (2021). Microbial degradation of halogenated compounds. Frontiers in Microbiology, 12:758886. 2. Damborský et al. (2001). Environmental applications of haloalkane dehalogenases. Environmental Toxicology and Chemistry, 20, 2681–2689. 3. Koudelakova et al. (2013). Haloalkane dehalogenases in biotechnology. Biotechnology Journal, 8. 4. Turner (2009). Directed evolution drives the next generation of biocatalysts. Nature Chemical Biology, 5, 567–573. 5. Siddiqui (2016). Protein engineering for stability and function. Critical Reviews in Biotechnology, 37, 309–322. 6. Hanes & Plückthun (2000). Ribosome display for protein engineering. Nature Biotechnology, 18, 1287–1292.

Školiteľ

prof. RNDr. Erik Sedlák, DrSc.

Konzultant

RNDr. Michal Nemergut, PhD.

EVI

Téma bude realizovaná na externej vzdelávacej inštitúcii - Centrum interdisciplinárnych biovied, Technologický a inovačný park UPJŠ;https://www.upjs.sk/pracoviska/tip/cib/

Názov

Vplyv lipidov a mitochondriálnej membrány na termodynamické vlastnosti a stabilitu radikálov katalytického centra cytochróm c oxidázy

Jazyk práce

SK

Anotácia

Pumpovanie protónov je jedným z dvoch mechanizmov, ktoré využívajú respiračné enzymatické komplexy na vytvorenie transmembránového elektrochemického protónového gradientu na vnútorných mitochondriálnych membránach a cytoplazmatických membránach v baktériách. Tento jav bol objavený v terminálnych komplexoch bunkového dýchacieho systému, cytochróm c oxidázach (CcOs), ktoré sa nachádzajú vo všetkých eukaryotoch a niektorých prokaryotoch. Napriek významným úspechom pri odhaľovaní mechanizmu pumpovania protónov, zostáva tento fenomén základným nevyriešeným problémom molekulovej bioenergetiky. V CcO je protónové pumpovanie umožnené energiou uvoľnenou počas redoxných prechodov medzi protóny pumpujúcimi intermediátmi hem-meďnatého katalytického centra CcO. Doteraz však chýba priame určenie množstva uvoľnenej energie pri transformáciách týchto intermediátov, ako aj detekcia a určenie identity radikálov existujúcich vo ferylových stavoch katalytického centra, ktoré sa podieľajú na pumpovaní protónov v CcO. Cieľom tejto PhD. práce je zistiť vplyv lipidov a mitochondriálnej membrány na termodynamické vlastnosti (ΔH a ΔG) prechodov katalytických ferylových intermediátov CcO a odhaliť, identifikovať a určiť dobu života radikálu (radikálov) v týchto stavoch CcO. Tento hlavný cieľ bude dosiahnutý pomocou viacerých experimentálnych techník (izotermálna titračná kalorimetria, elektrón-paramagnetická rezonančná spektroskopia, UV-Vis absorpčná spektroskopia, merania magnetickej susceptibility) a niekoľkých inovatívnych prístupov.

Cieľ

Určenie dôležitosti a vplyvu lipidov a mitochodriálnej membrány na pH a teplotnú závislosť entalpických zmien a počtu absorbovaných protónov pri prechodov ferylových stavov CcO. Zistenie vplyvu mitochondriálnej membrány na tvrbu a migráciu radikálu z katalytického centra PM stavu CcO.

Literatúra

1. Wikström, M. (Ed.). Biophysical and structural aspects of bioenergetics, RSC Publishing (2005), 2. Nicholls, D.G. and Ferguson, S.J. Bioenergetics 3, Academic Press (2002), 3. Mitchell, P. BBA 1807, 1507-1538 (2011), 4. Wikström, M. Nature 266, 271-273 (1977), 5. Wikström, M. et al. BBA Bioenerg, 1864, art. numb. 148933 (2023), 6. Shimada, A. et al. Frontiers in Chem. 11, art. numb. 1108190 (2023), 7. Rich, P.R. Biochem Soc. Trans. 45, 813-829 (2017)

Školiteľ

prof. Mgr. Daniel Jancura, PhD.

Konzultant

RNDr. Marián Fabián, CSc.

doc. RNDr. Marek Stupák, PhD.

Názov

Vývoj stafylokináz pomocou metód proteínového inžinierstva.

Jazyk práce

SK

Anotácia

Proteínová stabilita je kľúčovým faktorom ovplyvňujúcim skladanie, funkciu a využiteľnosť proteínov v biotechnologických a biomedicínskych aplikáciách, pričom jej racionálne zlepšovanie zostáva výraznou vedeckou výzvou. Dizertačná práca sa zameria na systematické skúmanie a inžinierstvo stability proteínov prostredníctvom riadenej evolúcie založenej na ribozómovom displayi. Cieľom je vytvoriť experimentálno-výpočtovú platformu umožňujúcu selekciu stabilnejších variantov proteínov a objasniť vzťahy medzi sekvenciou, stabilitou a funkciou. Ako modelový proteín bude použitá stafylokináza, ktorá je perspektívnym trombolytickým činidlom a zároveň vhodným systémom na štúdium stability vďaka dobre charakterizovanej štruktúre a dostupným funkčným testom. Výskum bude kombinovať generovanie variantných knižníc, sekvenovanie novej generácie, bioinformatické modelovanie a kvantitatívnu biofyzikálnu charakterizáciu s cieľom experimentálne validovať predikcie stability. Očakávaným prínosom je vytvorenie prenositeľnej metodiky pre stabilitne orientovanú evolúciu proteínov, získanie kvalitných dát pre vývoj predikčných modelov a identifikácia variantov stafylokinázy s potenciálom pre ďalší biomedicínsky výskum.

Cieľ

Hlavný cieľ: Vytvoriť a experimentálne overiť platformu pre systematické skúmanie a inžinierstvo proteínovej stability pomocou riadenej evolúcie a integrácie výpočtových prístupov. Špecifické ciele: 1. Vyvinúť a optimalizovať ribozómový display pre selekciu variantov proteínov so zvýšenou stabilitou za destabilizačných podmienok. 2. Identifikovať stabilizačné mutácie prostredníctvom bioinformatickej a výpočtovej analýzy. 3. Experimentálne charakterizovať stabilitu a funkčnú aktivitu vybraných variantov stafylokinázy a validovať výpočtové predikcie biofyzikálnymi metódami

Literatúra

1. Tokuriki, N., & Tawfik, D. S. (2009). Protein dynamism and evolvability. Current Opinion in Structural Biology, 19, 596–604. 2. Arnold, F. H. (1996). Directed evolution: Bringing new chemistry to life. Chemical Engineering Science, 51, 5091–5102. 3. Zeymer, C., & Hilvert, D. (2018). Directed evolution of protein catalysts. Annual Review of Biochemistry, 87, 131–157. 4. Hanes, J., & Plückthun, A. (1997). In vitro selection and evolution of functional proteins by ribosome display. PNAS, 94, 4937–4942. 5. Tsuboyama, K. et al. (2023). Large-scale analysis of protein stability effects of mutations. Nature, 620, 434–444. 6. Collen, D. (1998). Staphylokinase: A potent, uniquely fibrin-selective thrombolytic agent. Nature Medicine, 4, 279–284.

Školiteľ

prof. RNDr. Erik Sedlák, DrSc.

Konzultant

Mgr. Mária Tomková, PhD.

EVI

Téma bude realizovaná na externej vzdelávacej inštitúcii - Centrum interdisciplinárnych biovied, Technologický a inovačný park UPJŠ ; https://www.upjs.sk/pracoviska/tip/cib/

Názov

Zavedenie pokročilých techník pre produkciu proteínov v hmyzích bunkách.

Jazyk práce

SK

Anotácia

Produkcia eukaryotických proteínov v baktériálnych expresných systémoch je náročná v dôsledku niekoľkých faktorov – nízka solubilita a výťažok proteínov, absencia posttranslačných modifikácií a limitácie v produkcii membránových proteínov. Expresné systémy hmyzích buniek sú veľmi dobrou alternatívou a ponúkajú spoľahlivú produkciu proteínov s jednoduchou glykozyláciou, posttranslačnými modifikáciami a sú dobré škálovateľné. Práca je zameraná na zavedenie metodiky produkcie proteínov v hmyzích bunkách – prípravu a optimalizáciu expresného systému pre produkciu vybraných modelových proteínov. Vlastnosti proteínových preparátov budú v nadväzujúcich krokoch charakterizované pomocou biofyzikálnych metód.

Cieľ

Ciele práce: • Príprava rekombinantných bakulovírusových vektorov pre expresiu vybraných proteínov • Transfekcia Sf9 hmyzích buniek, expresia proteínov v malej škále a kvantifikácia expresie pomocou western blotu • Optimalizácia expresie a „upscaling“ produkcie proteínov • Chromatografická purifikácia proteínov a optimalizácia purifikačného postupu • Charakterizácia biofyzikálych vlastností pripravených proteínov pomocou cirkulárneho dichroizmu a kalorimetrie

Literatúra

Insect cells-baculovirus system for the production of difficult to express proteins (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25447865/) Efficient production of a functional G protein-coupled receptor in E. coli for structural studies (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33501610/) GPCR expression using baculovirus-infected Sf9 cells (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/19513645/) Sf9 cells: a versatile model system to investigate the pharmacological properties of G protein-coupled receptors (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/20705094/) Baculovirus-mediated expression of GPCRs in insect cells (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25857783/) Expression and purification of recombinant G protein-coupled receptors: A review (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31678667/)

Školiteľ

prof. RNDr. Erik Sedlák, DrSc.

Konzultant

Mgr. Ľuboš Ambro, PhD.

EVI

Téma bude realizovaná na externej vzdelávacej inštitúcii - Centrum interdisciplinárnych biovied, Technologický a inovačný park UPJŠ ; https://www.upjs.sk/pracoviska/tip/cib/

Názov

Vplyv vybraných pesticídov na genetický materiál buniek.

Jazyk práce

SK

Anotácia

Používanie pesticídov predstavuje pretrvávajúci ekologický problém, preto je potrebné skúmať ich pôsobenie na rôznych úrovniach živých organizmov. V súčasnosti sa mnohé vedecké pracoviská zaoberajú účinkom týchto toxických látok z viacerých pohľadov, napríklad z pohľadu ich genetického pôsobenia alebo účinkov na vznik voľných radikálov v tkanivách. Dizertačný projekt je zameraný na skúmanie interakcií molekúl pesticídov s genetickým materiálom eukaryotických buniek, ktorým budú v prvej etape lineárna a kruhová DNA. Ďalším cieľom sú históny - malé bázické proteíny, ktoré vytvárajú jadro nukleozómov nachádzajúcich sa v bunkovom jadre. Jadro nukleozómu tvorí tzv. histónový oktamér obalený kruhovou DNA, na ktorý sa zameriame po získaní výsledkov z predchádzajúceho štúdia. Úlohou doktoranda bude biofyzikálnymi, fyzikálno-chemickými a termodynamickými metódami určiť spôsob a silu interakcie medzi molekulami pesticídov a hore uvedenými objektami. Pri riešení projektu sa budú využívať metódy zahrňujúce absorpčnú, fluorescenčnú, infračervenú spektroskopiu, priestorové spektrá, optický dichroizmus, kalorimetriu a v spolupráci s Ústavom genetiky aj genetické metódy.

Cieľ

Cieľom práce je určiť spôsob a silu interakcie medzi molekulami pesticídov a genetickým materiálom v bunkách, ktorý reprezentuje molekula DNA, ďalej to budú históny a jadro nukleozómov.

Literatúra

• Vinay Mohan Pathak et al: Current status of pesticide effects on environment, human health and it´s eco-friendly management as bioremediation: A comprehensive review, 2022, Front. Microbil. Vol. 2, 1-22 p. • Verebová Valéria et al: Monitoring of DNA structural changes after incorporation of the phenylpyrazole insecticide fipronil, 2024, Archives of Biochemistry and Biophysics, Vol. 756, 110001, 1-10 p. • Verebová Valéria et al: The effect of neonicotinoid insecticide Thiacloprid on the structure and stability of DNA, 2019, Physiological Research, Vol. 69, suppl. 4, S459-S466.

Školiteľ

doc. RNDr. Jana Staničová, PhD.

Konzultant

RNDr. Valéria Verebová, PhD.

EVI

Téma bude realizovaná na externej vzdelávacej inštitúcii - Katedra chémie, biochémie a biofyziky, Univerzita veterinárskeho lekárstva a farmácie v Košiciach; https://www.uvlf.sk/organizacna-struktura/katedry/katedra-chemie-biochemie-a-biofyzikyhttps://www.uvlf.sk/organizacna-struktura/katedry/katedra-chemie-biochemie-a-biofyzikyhttps://www.uvlf.sk/organizacna-struktura/katedry/katedra- chemie-biochemie-a-biofyzikyhttps://www.uvlf.sk/organizacna-struktura/katedry/katedra- chemie-biochemie-a-biofyziky

Názov

Metódy poľovo-teoretickej renormalizačnej grupy v nerovnovážnej stochastickej dynamike

Jazyk práce

SK

Anotácia

V posledných rokoch nadobudla značný význam interdisciplinárna oblasť výskumu zaoberajúca sa rôznymi reakčno-difúznymi modelmi. Takéto modely možno použiť na opis rôznorodých javov akými sú napr. šírenie porúch v materiáli, vývoj infekcií v biologických systémoch, alebo aj politických názorov. Hlavná pozornosť bude zameraná na výskum škálového správania sa a jeho aspektov v rôznych typoch perkoláčného procesu. Dynamika procesov s premenným počtom agentov je opísaná pomocou riadiacich rovníc pre pravdepodobnosti, ktoré je možné preformulovať do rovníc pre stavové vektory pomocou Doi mechanizmu a tieto následne transformovať ako teoreticko-poľové modely pre fluktuujúce polia s určitými efektívnymi účinkami. Typickým znakom týchto modelov je prítomnosť silných fluktuácií v kritickej oblasti, ktoré znemožňujú použitie obyčajnej poruchovej teórie. Je potrebné aplikovať poruchové metódy kvantovej-teórie poľa, funkcionálneho integrovania a renormalizačnej grupy. Pomocou nich by sa preskúmali dané účinky s cieľom identifikácie zaujímavého makroskopického správania. Z praktického hľadiska by podobne ako v teórii kritických javov boli študované univerzálne veličiny typu kritických indexov a počítané v rámci danej poruchovej schémy. Konkrétne výpočty by boli realizované vo forme Feynmanovych diagramov, pričom snaha by bola smerovaná na vylepšenie existujúcich viacslučkových výsledkov.

Cieľ

Riešenie aktuálnych problémov nerovnovážnych fázových prechodov v rôznych modeloch perkolačného procesu pomocou metód štatistickej teórie poľa a poruchovej renormalizačnej grupy. Dôraz bude kladený na aplikáciu mnohoslučkových výpočtov reprezentatívnych univerzálnych veličín.

Literatúra

J. Zinn Justin, Quantum Field Theory and Critical Phenomena, (Oxford Univers Press, 1989) A. N. Vasil’ev The Field Theoretic Renormalization Group in Critical Behavior Theory and Stochastic Dynamics, Boca Raton:Chapman & Hall/CRC (2004) U. C. Tauber, Critical Dynamics: A Field Theory Ap- proach to Equilibrium and Non-equilibrium Scaling Be- havior (Cambridge University Press, 2014)] H.-K. Janssen and U. C. Tauber, Annals of Physics 315, 147 (2005), U. C. Tauber, M. Howard, and B. P. Vollmayr-Lee, Journal of Physics A: Mathematical and General 38, R79 (2005) H.-K. Janssen. O. Stenull 2017 J. Phys. A: Math. Theor. 50 324002

Školiteľ

RNDr. Tomáš Lučivjanský, PhD., univerzitný docent

Konzultant

prof. RNDr. Michal Hnatič, DrSc.

Názov

Previazanosť a topologicky netriviálne kvantové stavy v nízkorozmerných spinových systémoch

Jazyk práce

SK

Anotácia

Cieľom dizertačnej práce je štúdium previazanosti a topologických vlastností kvantových stavov v nízkorozmerných spinových systémoch. Práca sa zameriava na presné alebo numericky presné výpočty vybraných modelov spinových systémov s cieľom detailne analyzovať ich kvantové korelácie. Rôzne miery kvantovej previazanosti budú skúmané ako diagnostické nástroje na identifikáciu a charakterizáciu previazanosti v nízkorozmerných spinových systémoch. Osobitná pozornosť bude venovaná topologicky netriviálnym Haldaneovým a klastrovým Haldaneovým fázam a ich štruktúre previazanosti. Práca sa tiež zameria na štúdium kvantových fázových prechodov medzi triviálnymi a topologickými fázami prostredníctvom prejavov kvantovej previazanosti.

Cieľ

1. Vykonať presné alebo numericky presné výpočty pre vybrané nízkorozmerné spinové systémy. 2. Skúmať rôzne miery previazania ako diagnostické nástroje previazania v nízkorozmerných spinových systémoch. 3. Skúmať topologicky netriviálne Haldaneove fázy a klastrové Haldaneove fázy a ich štruktúru previazania. 4. Študovať kvantové fázové prechody medzi triviálnymi a topologickými fázami pomocou prejavov previazania.

Literatúra

1. L. Amico, R. Fazio, A. Osterloh, V. Vedral, Entanglement in many-body systems, Rev. Mod. Phys. 80, 517 (2008). 2. R. Horodecki, P. Horodecki, M. Horodecki, K. Horodecki, Quantum entanglement, Rev. Mod. Phys. 81, 865 (2009). 3. L.M. Veríssimo, M.S.S. Pereira, J. Strečka, M.L. Lyra, Universality of the topological phase transition in mixed-spin tetramer Heisenberg chains, Physica A 626, 129024 (2023).

Školiteľ

doc. RNDr. Jozef Strečka, PhD.

Názov

Produkcia podivných častíc študovaná prostredníctvom dvojčasticových uhlových korelácií v experimente ALICE na LHC

Jazyk práce

SK

Cieľ

Dvojčasticové uhlové korelácie predstavujú zaujímavý prostriedok na štúdium jetov a ich modifikácií v ultrarelativistických zrážkach ťažkých iónov, ale aj v protón-protónových (pp) zrážkach s vysokou multiplicitou [1]. Štúdium korelácií s identifikovanými (multi-)podivnými časticami môže priblížiť mechanizmus časticovej produkcie pri energiách na LHC buď v malých (napr. pp alebo p-Pb) alebo veľkých zrážkových systémoch (napr. Pb-Pb). Práca má za cieľ študovať uhlové korelácie (multi-)podivných hadrónov s neidentifikovanými nabitými hadrónmi ako funkciu multiplicity a priečnych hybností v dátach experimentu ALICE na LHC v CERN. Literatúra: [1] ALICE Collaboration: Investigating strangeness enhancement with multiplicity in pp collisions using angular correlations, JHEP 09 (2024) 204

Literatúra

Aktuálna časopisecká literatúra

Školiteľ

doc. RNDr. Marek Bombara, PhD.

Konzultant

Mgr. Lucia Anna Tarasovičová, Dr. rer. nat.

Názov

Štúdium produkcie vektorových mezónov v rámci experimentu ALICE

Jazyk práce

SK

Cieľ

Štúdium kvarkovo-gluónovej plazmy (QGP) poskytuje odpovede na zásadné otázky týkajúce sa vzniku vesmíru, fundamentálnych vlastností hmoty a silných interakcií, ktoré sú kľúčové nielen pre časticovú fyziku, ale aj pre kozmológiu. Experiment ALICE na LHC je zameraný na skúmanie zrážok ťažkých iónov, ktoré vytvárajú extrémne podmienky podobné tým, ktoré panovali vo vesmíre krátko po Veľkom tresku. Analýza vektorových mezónov prináša dôležité poznatky o interakciách medzi hadrónmi a o dynamike QGP, čím prispieva k hlbšiemu pochopeniu správania kvarkov, silnej interakcie a procesov, ktoré zohrávajú významnú úlohu v časticovej fyzike, astrofyzike aj kozmológii. Doktorand sa má zoznámiť s fyzikálnou problematikou chovania silne interagujúcej jadrovej hmoty pri extrémnych hustotách energie a vysokých teplotách, preštudovať výsledky predchádzajúcich experimentov na RHIC a SPS a ich interpretáciu. Preštudovať detektory a triggerový systém experimentu. Naučiť sa pomocou simulovaných prípadov a programov ROOT a Online-Offline Computing System (O2) zistiť odozvu detektorov z Run 3 dát, účinnosť spracovávateľského reťazca, stanoviť a preveriť kritériá výberu študovaných častíc. Zvládnuť prácu v distribuovanom systéme Hyperloop. Porovnať výsledky fyzikálnej analýzy s modelovými výsledkami.

Literatúra

1. The ALICE experiment: A journey through QCD, CERN-EP-2022-227, https://doi.org/10.48550/arXiv.2211.04384

Školiteľ

RNDr. Martin Vaľa, PhD.

Konzultant

doc. RNDr. Janka Vrláková, PhD.

Názov

Topologické fázy vo frustrovaných antiferomagnetikách

Jazyk práce

SK

Anotácia

Antisymetrická spinová výmenná interakcia typu Dzyaloshinskii-Moriya (DMI) môže viesť k vzniku skrútených magnetických štruktúr. Tieto topologické stavy vzbudili veľký záujem najmä po experimentálnom pozorovaní netriviálnych magnetických konfigurácií, nazývaných magnetické skyrmionové mriežky, ktoré majú potenciálne technologické aplikácie [1]. Vo feromagnetických (FM) systémoch vzniká skyrmionová fáza z konkurencie medzi FM interakciami a DMI a je stabilizovaná magnetickým poľom a tepelnými fluktuáciami. Podobná antiferomagnetická (AFM) skyrmionová fáza bola objavená vo frustrovanom klasickom Heisenbergovom AFM na trojuholníkovej mriežke v poli a to nielen s DMI [2], ale aj bez DMI v dôsledku interakcií medzi ďalšími susedmi [3]. Ukázalo sa, že magnetická frustrácia môže zlepšiť stabilitu skyrmiónovej fázy [4] a že použitie AFM v zariadeniach založených na skyrmionoch má určité výhody oproti implementácii FM [5].

Cieľ

Teoretické hľadanie a štúdium vhodných kandidátov medzi frustrovanými antiferomagnetikami, ktoré by vykazovali skyrmionové alebo iné topologické fázy s fyzikálne a technologicky zaujímavými vlastnosťami.

Literatúra

1. N. Romming, C. Hanneken, M. Menzel, J. E. Bickel, B.Wolter, K. von Bergmann, A. Kubetzka, and R. Wiesendanger, Science 341, 636 (2013). 2. H. D. Rosales, D. C. Cabra, and Pierre Pujol, Phys. Rev. B. 92, 214439 (2015). 3. T. Okubo, S. Chung and H. Kawamura, Phys. Rev. Lett. 108, 017206 (2012). 4. H. Y. Yuan, O. Gomonay, and Mathias Kläui, Phys. Rev. B 96, 134415 (2017). 5. J. Barker, O. A. Tretiakov, Phys. Rev. Lett. 116, 147203 (2016); W. Legrand et al., Nature materials 19, 34 (2020).

Školiteľ

prof. RNDr. Milan Žukovič, PhD.

Názov

Transportné vlastnosti kovových altermagnetov

Jazyk práce

EN

Anotácia

Výpočty elektrónovej štruktúry z prvých princípov predstavujú najmodernejší teoretický prístup bez potreby fenomenologických parametrov. Značný záujem z fundamentálneho hľadiska v poslednom čase priťahujú altermagnetické materiály [1,2]. Altermagnety, vyčlenené ako tretia magnetická fáza, majú z magnetického hľadiska vlastnosti antiferomagnetov, ale ich elektrónové stavy v istých častiach Brillouinovej zóny pripomínajú feromagnetické materiály. Cieľom dizertačnej práce je pomocou výpočtov z prvých princípov v rámci teórie funkcionálu hustoty [3] študovať elektrónovú štruktúru a transportné vlastnosti vybraných trojrozmerných a dvojrozmerných altermagnetov relevantných pre budúce technologické aplikácie.

Cieľ

Vypočítať transportné vlastnosti vybraných altermagnetických materiálov z prvých princípov pomocou teórie funkcionálu hustoty.

Literatúra

[1] I. Mazin and The PRX Editors, Phys. Rev. X 12, 040002 (2022). DOI: 10.1103/PhysRevX.12.040002 [2] L. Šmejkal, J. Sinova, T. Jungwirth, Phys. Rev. X 12, 040501 (2022). DOI: 10.1103/PhysRevX.12.040501 [3] E. Kaxiras, J. D. Joannopoulos, Quantum Theory of Materials, Cambridge University Press, 2019. ISBN 9781139030809

Školiteľ

RNDr. Martin Gmitra, PhD.

Názov

Previazanosť a topologicky netriviálne kvantové stavy v nízkorozmerných spinových systémoch

Jazyk práce

SK

Anotácia

Cieľom dizertačnej práce je štúdium previazanosti a topologických vlastností kvantových stavov v nízkorozmerných spinových systémoch. Práca sa zameriava na presné alebo numericky presné výpočty vybraných modelov spinových systémov s cieľom detailne analyzovať ich kvantové korelácie. Rôzne miery kvantovej previazanosti budú skúmané ako diagnostické nástroje na identifikáciu a charakterizáciu previazanosti v nízkorozmerných spinových systémoch. Osobitná pozornosť bude venovaná topologicky netriviálnym Haldaneovým a klastrovým Haldaneovým fázam a ich štruktúre previazanosti. Práca sa tiež zameria na štúdium kvantových fázových prechodov medzi triviálnymi a topologickými fázami prostredníctvom prejavov kvantovej previazanosti.

Cieľ

1. Vykonať presné alebo numericky presné výpočty pre vybrané nízkorozmerné spinové systémy. 2. Skúmať rôzne miery previazania ako diagnostické nástroje previazania v nízkorozmerných spinových systémoch. 3. Skúmať topologicky netriviálne Haldaneove fázy a klastrové Haldaneove fázy a ich štruktúru previazania. 4. Študovať kvantové fázové prechody medzi triviálnymi a topologickými fázami pomocou prejavov previazania.

Literatúra

1. L. Amico, R. Fazio, A. Osterloh, V. Vedral, Entanglement in many-body systems, Rev. Mod. Phys. 80, 517 (2008). 2. R. Horodecki, P. Horodecki, M. Horodecki, K. Horodecki, Quantum entanglement, Rev. Mod. Phys. 81, 865 (2009). 3. L.M. Veríssimo, M.S.S. Pereira, J. Strečka, M.L. Lyra, Universality of the topological phase transition in mixed-spin tetramer Heisenberg chains, Physica A 626, 129024 (2023).

Školiteľ

doc. RNDr. Jozef Strečka, PhD.

Názov

Produkcia podivných častíc študovaná prostredníctvom dvojčasticových uhlových korelácií v experimente ALICE na LHC

Jazyk práce

EN

Cieľ

Dvojčasticové uhlové korelácie predstavujú zaujímavý prostriedok na štúdium jetov a ich modifikácií v ultrarelativistických zrážkach ťažkých iónov, ale aj v protón-protónových (pp) zrážkach s vysokou multiplicitou [1]. Štúdium korelácií s identifikovanými (multi-)podivnými časticami môže priblížiť mechanizmus časticovej produkcie pri energiách na LHC buď v malých (napr. pp alebo p-Pb) alebo veľkých zrážkových systémoch (napr. Pb-Pb). Práca má za cieľ študovať uhlové korelácie (multi-)podivných hadrónov s neidentifikovanými nabitými hadrónmi ako funkciu multiplicity a priečnych hybností v dátach experimentu ALICE na LHC v CERN. Literatúra: [1] ALICE Collaboration: Investigating strangeness enhancement with multiplicity in pp collisions using angular correlations, JHEP 09 (2024) 204

Literatúra

Aktuálna časopisecká literatúra

Školiteľ

doc. RNDr. Marek Bombara, PhD.

Konzultant

Mgr. Lucia Anna Tarasovičová, Dr. rer. nat.

Názov

Topologické fázy vo frustrovaných antiferomagnetikách

Jazyk práce

EN

Anotácia

Antisymetrická spinová výmenná interakcia typu Dzyaloshinskii-Moriya (DMI) môže viesť k vzniku skrútených magnetických štruktúr. Tieto topologické stavy vzbudili veľký záujem najmä po experimentálnom pozorovaní netriviálnych magnetických konfigurácií, nazývaných magnetické skyrmionové mriežky, ktoré majú potenciálne technologické aplikácie [1]. Vo feromagnetických (FM) systémoch vzniká skyrmionová fáza z konkurencie medzi FM interakciami a DMI a je stabilizovaná magnetickým poľom a tepelnými fluktuáciami. Podobná antiferomagnetická (AFM) skyrmionová fáza bola objavená vo frustrovanom klasickom Heisenbergovom AFM na trojuholníkovej mriežke v poli a to nielen s DMI [2], ale aj bez DMI v dôsledku interakcií medzi ďalšími susedmi [3]. Ukázalo sa, že magnetická frustrácia môže zlepšiť stabilitu skyrmiónovej fázy [4] a že použitie AFM v zariadeniach založených na skyrmionoch má určité výhody oproti implementácii FM [5].

Cieľ

Teoretické hľadanie a štúdium vhodných kandidátov medzi frustrovanými antiferomagnetikami, ktoré by vykazovali skyrmionové alebo iné topologické fázy s fyzikálne a technologicky zaujímavými vlastnosťami.

Školiteľ

prof. RNDr. Milan Žukovič, PhD.

Názov

Štúdium produkcie vektorových mezónov v rámci experimentu ALICE

Jazyk práce

EN

Cieľ

Štúdium kvarkovo-gluónovej plazmy (QGP) poskytuje odpovede na zásadné otázky týkajúce sa vzniku vesmíru, fundamentálnych vlastností hmoty a silných interakcií, ktoré sú kľúčové nielen pre časticovú fyziku, ale aj pre kozmológiu. Experiment ALICE na LHC je zameraný na skúmanie zrážok ťažkých iónov, ktoré vytvárajú extrémne podmienky podobné tým, ktoré panovali vo vesmíre krátko po Veľkom tresku. Analýza vektorových mezónov prináša dôležité poznatky o interakciách medzi hadrónmi a o dynamike QGP, čím prispieva k hlbšiemu pochopeniu správania kvarkov, silnej interakcie a procesov, ktoré zohrávajú významnú úlohu v časticovej fyzike, astrofyzike aj kozmológii. Doktorand sa má zoznámiť s fyzikálnou problematikou chovania silne interagujúcej jadrovej hmoty pri extrémnych hustotách energie a vysokých teplotách, preštudovať výsledky predchádzajúcich experimentov na RHIC a SPS a ich interpretáciu. Preštudovať detektory a triggerový systém experimentu. Naučiť sa pomocou simulovaných prípadov a programov ROOT a Online-Offline Computing System (O2) zistiť odozvu detektorov z Run 3 dát, účinnosť spracovávateľského reťazca, stanoviť a preveriť kritériá výberu študovaných častíc. Zvládnuť prácu v distribuovanom systéme Hyperloop. Porovnať výsledky fyzikálnej analýzy s modelovými výsledkami.

Literatúra

1. The ALICE experiment: A journey through QCD, CERN-EP-2022-227, https://doi.org/10.48550/arXiv.2211.04384

Školiteľ

RNDr. Martin Vaľa, PhD.

Konzultant

doc. RNDr. Janka Vrláková, PhD.

Názov

Experimentálne štúdium anomálnych vibračných stavov v usporiadaných a neusporiadaných systémoch

Jazyk práce

SK

Anotácia

Anomálne vibračné stavy v tuhých látkach sú zodpovedné za netriviálne správanie viacerých merateľných fyzikálnych veličín. V neusporiadaných systémoch sa dodatočné vibračné stavy prejavujú v teplotnej závislosti tepelnej kapacity ako maximum, ktoré označujeme ako bozónový pík (BP). V teplotnej závislosti tepelnej vodivosti κ(T) sa prítomnosť anomálnych vibračných stavov typicky prejavuje vznikom teplotného plató, t. j. oblasti, v ktorej je κ(T) približne konštantná. BP je pozorovaný aj v usporiadaných systémoch, pričom jeho vznik môže súvisieť s netriviálnymi fonónovými disperznými spektrami. Pôvod BP je predmetom rozsiahlej diskusie a doposiaľ neexistuje všeobecne prijaté finálne vysvetlenie. V prípade magnetických vzoriek môžu uvedené vibračné stavy ovplyvňovať aj magnetickú relaxáciu; v takom prípade magnetické ióny predstavujú ďalšiu experimentálnu sondu na opis týchto anomálií.

Cieľ

Cieľom tejto práce bude skúmať možný pôvod anomálií vo fonónových spektrách štúdiom vzorkiek fosfátových skiel a vrstevnatých usporiadaných systémoch. Práca bude mať prevažne experimentálny charakter a bude doplnená štúdiom aktuálnych teoretických modelov potrebných na interpretáciu experimentálnych dát. Analýza experimentálnych dát sa bude realizovať pomocou rôznych softvérových balíkov, prostredníctvom ktorých sa opíšu fyzikálne mechanizmy stojace za meranými veličinami, ako sú tepelná kapacita a tepelná vodivosť. V prípade magnetických vzoriek sa budú realizovať merania statických aj dynamických magnetických vlastností.

Literatúra

1. Miguel A Ramos, Low-Temperature Thermal and Vibrational Properties of Disordered Solids, A Half-Century of Universal “Anomalies” of Glasses, World Scientific (2022), 2. J. F. Gebbia et al., Glassy Anomalies in the Low-Temperature Thermal Properties of a Minimally Disordered Crystalline Solid, Phys. Rev. Lett. 119, 215506 (2017).

Školiteľ

RNDr. Vladimír Tkáč, PhD.

Názov

Kvantové materiály v extrémnych podmienkach

Jazyk práce

SK

Anotácia

Kvantové materiály, ako sú napríklad frustrované magnety, topologické izolátory, silne korelované kovy alebo exotické supravodiče, dnes zaujímajú popredné miesto v teoretickom i experimentálnom štúdiu tuhých látok a začínajú sa používať v aplikáciách spojených s kvantovými technológiami. Pochopenie základného stavu takýchto systémov si vyžaduje ich skúmanie v extrémnych podmienkach, t.j. pri veľmi nízkych teplotách, vysokých magnetických poliach či tlakoch. Konkrétne by sa dizertačná práca zaoberala štúdiom vplyvu vysokého magnetického poľa a hydrostatického tlaku na tepelné, transportné a magnetické vlastnosti vybraných boridov a bórom dopovaných diamantov pri kelvinových až milikelvinových teplotách.

Cieľ

Štúdium vplyvu vysokého magnetického poľa a hydrostatického tlaku na tepelné, transportné a magnetické vlastnosti vybraných tetra-, hexa-, dodeka- boridov ako aj bórom dopovaných tenkých filmov diamantov pri kelvinových až milikelvinových teplotách.

Literatúra

[1] KITTEL Ch., Úvod do fyziky pevných látek, Academia, Praha, 1985 [2] GABÁNI S. et al., Magnetism and superconductivity of rare earth borides, Journal of Alloys and Compounds 821 (2020), 153201 [3] GABÁNI S. a kol., Fyzika a technika vysokých tlakov II., skriptá, ÚEF SAV Košice, 2016 [4] ZHANG G. et al.: https://sites.google.com/view/gufeizhang/home/research-highlights?pli=1

Školiteľ

doc. RNDr. Slavomír Gabáni, PhD.

Konzultant

prof. Dr. Gufei Zhang, Ph.D.

Názov

Magnetizačné procesy v magneticky mäkkých feritoch

Jazyk práce

SK

Anotácia

Magneticky mäkké ferity so spinelovou štruktúrou primárne na báze oxidov železa kombinovaných s mangánom, niklom a zinkom sú keramické materiály s dôležitým využitím vo vysokofrekvenčných aplikáciách. Dizertačná práca sa zaoberá systematickým štúdiom frekvenčne rozlíšenej dynamiky doménových stien a rotácie spinov v týchto materiáloch. Zároveň objasní vplyv vybraných aplikačne orientovaných parametrov na disipačné mechanizmy sprostredkované vodivostnými elektrónmi a precesným pohybom spinov v doménach a pohybujúcich sa doménových stenách študovaných pomocou fluxmetrických a RF transmisných metód.

Cieľ

Preštudovať a vysvetliť vplyv vybraných aplikačne orientovaných parametrov na dynamiku magnetizačných procesov a ich asociovaných stratových mechanizmov v magneticky mäkkých feritoch.

Literatúra

[1] F. Fiorillo, Characterization and Measurement of Magnetic Materials, Elsevier Series in Electromagnetism (Academic Press, San Diego, 2004). [2] S. Dobák, C. Beatrice, V. Tsakaloudi, and F. Fiorillo, Magnetochemistry 8(6), 60 (2022).

Školiteľ

RNDr. Samuel Dobák, PhD.

Názov

Nanočasticové systémy ako objekty z pohľadu relaxačnej dynamiky

Jazyk práce

SK

Cieľ

Práca je orientovaná na experimentálne štúdium nanočasticových systémov na báze feritov a feritov kobaltu s veľkosťou okolo 10 nm, ktoré môžu byť využívané v biomedicíne. Nerovnovážna dynamika bude vyšetrovaná pomocou širokej škály experimentálnych protokolov meraní dc a ac susceptibility. Pre merania v dc vonkajších poliach budú využívané metódy IRM, DCD magnetizácie, jav „memory a aging“ efektu. Experimentálne dáta z ac susceptibility (diferenciálna susceptibilita) budú fitované s použitím Néel-Arheniovho, Vogel-Fulchera modelov, zákona kritických indexov a plnej škálovacej analýzy. Výsledky magnetických meraní budú vysvetlené z ohľadom na koreláciu ich štruktúrnych parametrov (veľkosť častíc, vplyv povrchovej anizotropie a pod.) Budú vypresnené magnetické parametre, ktoré ovplyvňujú využitie študovaných nanočastíc v biomedicíne.

Literatúra

1. S. Gubin, Magnetic Nanoparticles, 2009 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA 2. J. L. Dorman, D. Fiorani, Magnetic Properties of Fine Particles, 1992 North Holland 3. R. Hillzinger, W. Rodewald, Magnetic Materials, 2012 Wiley-VCH Verlag.

Školiteľ

doc. RNDr. Adriana Zeleňáková, DrSc.

Názov

Nanočasticové systémy ako objekty z pohľadu relaxačnej dynamiky

Jazyk práce

SK

Cieľ

Práca je orientovaná na experimentálne štúdium nanočasticových systémov na báze feritov a feritov kobaltu s veľkosťou okolo 10 nm, ktoré môžu byť využívané v biomedicíne. Nerovnovážna dynamika bude vyšetrovaná pomocou širokej škály experimentálnych protokolov meraní dc a ac susceptibility. Pre merania v dc vonkajších poliach budú využívané metódy IRM, DCD magnetizácie, jav „memory a aging“ efektu. Experimentálne dáta z ac susceptibility (diferenciálna susceptibilita) budú fitované s použitím Néel-Arheniovho, Vogel-Fulchera modelov, zákona kritických indexov a plnej škálovacej analýzy. Výsledky magnetických meraní budú vysvetlené z ohľadom na koreláciu ich štruktúrnych parametrov (veľkosť častíc, vplyv povrchovej anizotropie a pod.) Budú vypresnené magnetické parametre, ktoré ovplyvňujú využitie študovaných nanočastíc v biomedicíne.

Literatúra

1. S. Gubin, Magnetic Nanoparticles, 2009 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA 2. J. L. Dorman, D. Fiorani, Magnetic Properties of Fine Particles, 1992 North Holland 3. R. Hillzinger, W. Rodewald, Magnetic Materials, 2012 Wiley-VCH Verlag.

Školiteľ

doc. RNDr. Adriana Zeleňáková, DrSc.

Názov

Nové supravodiče na báze vysokoentropických zliatin

Jazyk práce

SK

Anotácia

Vysoko-entropické zliatiny (VEZ) predstavujú relatívne novú triedu materiálov, ktorá je v poslednom období predmetom značného záujmu v oblasti základného ako aj aplikovaného výskumu. Tieto zliatiny pozostávajú z niekoľkých konštitučných prvkov (4 - 6), pričom jednotlivé prvky obsadzujú mriežkové pozície s vysokým stupňom vzájomného neusporiadania, t.j. s vysokou konfiguračnou entropiou. Supravodivosť VEZ, s prechodovou teplotou Tc do cca. 10 K a kritickým magnetickým poľom do cca. 20 T, je veľmi stabilná a odolná voči rôznym chemickým ako aj mechanickým vplyvom. Témou navrhovanej dizertačnej práce bude príprava a výskum vlastností nových supravodičov na báze VEZ. Tieto budú zahrňovať VEZ, do ktorých budú inkorporované ľahké prvky, napr. dusík, uhlík alebo vodík, čo povedie k zmenám ich supravodivých vlastností. Navyše bude skúmaný aj vplyv tlaku a hrúbky tenkých filmov VEZ na ich supravodivé parametre. Študent bude pod vedením školiteľa participovať na príprave a charakterizácii vzoriek, experimentálnom výskume, analýze dát a prezentácii dosiahnutých výsledkov.

Cieľ

Cieľom navrhovanej dizertačnej práce bude príprava a výskum vlastností nových supravodičov na báze vysoko-entropických zliatin.

Literatúra

1. G. Pristáš, G.C. Gruber, M. Orendáč, J. Bačkai, J. Kačmarčík, F. Košuth, S. Gabáni, P. Szabó, Ch. Mitterer, K. Flachbart: Multiple transition temperature enhancement in superconducting TiNbMoTaW high entropy alloy films through tailored N incorporation, Acta Materialia 262 (2024) 119428. 2. G. Pristáš, J. Bačkai, Mat. Orendáč, S. Gabáni, F. Košuth, M. Kuzmiak, P. Szabó, E. Gažo, R. Franz, S. Hirn, G. C. Gruber, Ch. Mitterer, S. Vorobiov, K. Flachbart: Superconductivity in medium- and high-entropy alloy thin films: Impact of thickness and external pressure, Physical Review B 107 (2023) 024505.

Školiteľ

RNDr. Gabriel Pristáš, PhD.

Konzultant

doc. RNDr. Karol Flachbart, DrSc.

Názov

Pomalá magnetická relaxácia v hybridných magnetoch

Jazyk práce

SK

Anotácia

Hlavným cieľom doktorandskej práce bude štúdium pomalej magnetickej relaxácie vybraných molekulových magnetov a príprava a magnetická charakterizácia hybridných magnetov na báze vrstevnatých podvojných hydroxidov (angl. layered double hydroxides, LDH) interkalovaných funkčnými aniónmi na báze molekulárnych magnetov s perspektívou ich využitia v kvantových technológiách. Vrstevnaté podvojné hydroxidy (angl. layered double hydroxides, LDH) sú prírodné dvojrozmerné materiály s jedinečnou flexibilitou chemického zloženia. LDH sa skladajú zo zmiešaných vrstiev kovov M2+-M3+, v ktorých sú katióny kovov obklopené hranami spojenými hydroxidovými oktaédrami. Kladný náboj kovových vrstiev je kompenzovaný aniónmi interkalovanými medzi nimi. Metódou aniónovej výmeny je možné interkalovať rôzne typy aniónov, ktoré sa líšia svojím zložením, veľkosťou a nábojom. Magnetické vlastnosti samotných LDH so zložením M2+= Co, Ni a/alebo M3+= Fe, Cr, Mn závisia od obsahu a pomeru katiónov, od medzivrstvovej vzdialenosti, ale aj morfológie. Bude skúmaná spinovo-miežková relaxácia vybraných molekulových magnetov pred a po interkalácii v LDH. Počas doktorandského štúdia uchádzač osvojí tieto praktické zručnosti: príprava LDH, výmena aniónov, určenie štruktúry, SQUID magnetometrie a elektrónovej paramagnetickej rezonancie.

Cieľ

Hlavným cieľom doktorandskej práce bude štúdium pomalej magnetickej relaxácie vybraných molekulových magnetov a príprava a magnetická charakterizácia hybridných magnetov na báze vrstevnatých podvojných hydroxidov (angl. layered double hydroxides, LDH) interkalovaných funkčnými aniónmi na báze molekulárnych magnetov s perspektívou ich využitia v kvantových technológiách.

Literatúra

Aktuálna časopisecká literatúra.

Školiteľ

doc. RNDr. Erik Čižmár, PhD.

Názov

Špecifiká magnetizačných procesov v magneticky mäkkých kompozitov.

Jazyk práce

SK

Cieľ

Práca je orientovaná na skúmanie špecifík magnetizačných procesov pri magnetovaní v kvazistatickom režime a v striedavých magnetických poliach prebiehajúcich v magneticky mäkkých kompozitoch v porovnaní s magnetizačnými procesmi v konvenčných feromagnetikách.

Literatúra

1. R. M. Bozorth Ferromagnetism, third edition (IEEE Press, Piscataway, NJ), 1993 2. H. Shokrollahi, K. Janghorban J. Mater. Proc. Technol. 189 (2007) 1 3. E. A. Périgo, B. Weidenfeller, P. Kollár, J. Füzer, Applied Physics Reviews 5, 031301 (2018)

Školiteľ

prof. RNDr. Peter Kollár, DrSc.

Názov

Štúdium 2D efektov v 3D interkalovaných dichalkogenidoch prechodných kovov.

Jazyk práce

SK

Anotácia

Dvojrozmerné (2D) materiály vo všeobecnosti umožňujú realizáciu jedinečných kvantových javov, ktoré nie sú dosiahnuteľné v bežnom trojrozmernom (3D) svete. Príkladom je grafén. Dichalkogenidy prechodných kovov (TMD) majú podobnú štruktúru. Oba materiály môžu byť vrstvené tak, aby vytvárali van der Waalsove heterostruktúry, alebo môžu byť exfoliované do jednotlivých vrstiev. TMD však majú ďalšie vynikajúce vlastnosti, vrátane silnej spin-orbitálnej väzby a supravodivosti. Dvojrozmerné štruktúry sú však náchylné na degradáciu a nie sú praktické pre aplikácie. Trojrozmerné materiály sú robustné, ľahko škálovateľné a prístupné pre širšiu škálu vedeckých analytických techník. Preto je žiaduce nájsť spôsoby, ako chrániť jedinečné vlastnosti 2D materiálov v ich 3D ekvivalentoch. Účinnou stratégiou na „vloženie“ 2D správania do 3D TMD je interkalácia funkčných vrstiev medzi TMD vrstvy. Ako dokazuje rastúci počet nových publikovaných článkov, takéto 3D materiály môžu vykazovať medzivrstvovú vodivosť, pričom si zachovávajú 2D vlastnosti. Budeme študovať fyzikálne vlastnosti materiálov zložených z rôznych TMD interkalovaných rôznymi funkčnými vrstvami, pričom sa zameriame hlavne na 2D kvantové javy prejavujúce sa v týchto 3D zlúčeninách. Okrem makroskopických fyzikálnych charakteristík budeme skúmať ich lokálne elektronické vlastnosti s využitím nášho najmodernejšieho nízkoteplotného skenovacieho tunelového mikroskopu.

Cieľ

Budeme študovať fyzikálne vlastnosti materiálov zložených z rôznych TMD interkalovaných rôznymi funkčnými vrstvami, pričom sa zameriame hlavne na demonštrovanie prítomnosti 2D kvantových javov v týchto 3D zlúčeninách. Okrem makroskopických fyzikálnych charakteristík budeme skúmať ich lokálne elektronické vlastnosti pomocou nášho najmodernejšieho nízkoteplotného skenovacieho tunelového mikroskopu.

Literatúra

Samuely, T. et al. (2023). Protection of Ising spin-orbit coupling in bulk misfit superconductors. Physical Review B, 108(22), L220501. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.108.L220501 Samuely, P. et al. (2021). Extreme in-plane upper critical magnetic fields of heavily doped quasi-two-dimensional transition metal dichalcogenides. Physical Review B, 104(22), 224507. https://doi.org/10.1103/physrevb.104.224507 Leriche, R. T et al. (2020). Misfit Layer Compounds: A Platform for Heavily Doped 2D Transition Metal Dichalcogenides. Advanced Functional Materials, 2007706. https://doi.org/10.1002/adfm.202007706 Klemm, R. A. (2015). Pristine and intercalated transition metal dichalcogenide superconductors. Physica C: Superconductivity and Its Applications, 514, 86–94. https://doi.org/10.1016/j.physc.2015.02.023

Školiteľ

Mgr. Tomáš Samuely, PhD., univerzitný docent

Názov

Transportné a STM štúdie v misfitových vrstvených necentrosymetrických supravodičoch. Isingovská supravodivosť, anizotropia a nerecipročný transport.

Jazyk práce

SK

Anotácia

Misfitové vrstvené dichalkogenidy prechodových kovov (TMD) sú intrinsicky necentrosymetrické systémy. Ukázali sme [1–3], že takéto 3D materiály môžu vykazovať konečnú medzivrstvovú vodivosť, pričom si zachovávajú vlastnosti plne dvojrozmerných TMD, vrátane Isingovej supravodivosti. Misfitové vrstvené TMD sú prirodzené supermriežky založené na striedaní vrstiev chalkogenidu so štruktúrou typu rocksalt s kvadratickou symetriou (Q) a hexagonálnych (H) TMD s variabilným vrstvením. Kombinuje sa v nich silná spin-orbitálna väzba a zabudované porušenie inverznej symetrie.

Cieľ

Cieľom bude študovať prenos náboja medzi Q a H vrstvami, anizotropiu transportu medzi rovinami aj v rovine v normálnom a supravodivom stave a nerecipročný transport supravodového prúdu (supravodivý diódový efekt).

Literatúra

[1] P. Samuely et al., Phys. Rev. B 104, 224507 (2021) [2] T. Samuely et al., Phys. Rev. B 108, L220501 (2023) [3] D. Volavka et al., Phys. Rev. Lett. 136 (2026), 016002

Školiteľ

prof. RNDr. Peter Samuely, DrSc.

Konzultant

RNDr. Matúš Orendáč, PhD.

Názov

Magnetizačné procesy v magneticky mäkkých feritoch

Jazyk práce

EN

Školiteľ

RNDr. Samuel Dobák, PhD.

Názov

Špecifiká magnetizačných procesov v magneticky mäkkých kompozitov.

Jazyk práce

EN

Cieľ

Práca je orientovaná na skúmanie špecifík magnetizačných procesov pri magnetovaní v kvazistatickom režime a v striedavých magnetických poliach prebiehajúcich v magneticky mäkkých kompozitoch v porovnaní s magnetizačnými procesmi v konvenčných feromagnetikách.

Školiteľ

prof. RNDr. Peter Kollár, DrSc.

Názov

Kryštálová plasticita a lom entropicky stabilizovaných karbidov: mikro/nanomechanické testovanie a modelovanie MKP

Jazyk práce

EN

Anotácia

Výskum sa zameriava najmä na entropicky stabilizované karbidy, čo je veľká nová skupina materiálov, predovšetkým ako sľubná ultravysokoteplotná keramika novej generácie (UHTC) pre hyperzvukové a vesmírne aplikácie. Téma zahŕňa štruktúrnu charakterizáciu (napr. XRD, SEM, EBSD) vzoriek, ale hlavnými úlohami budú najmodernejšie mikro/nanomechanické skúšky zŕn (nanoindentácia, stláčanie mikropilierov, ohýbanie mikronosníkov) a ich modelovanie MKP, vrátane plastickej deformácie aj plasticity. Doktorand sa oboznámi so všetkými technikami, vyžaduje sa však základná znalosť modelovania MKP. Okrem toho je výhodou samostatné osvojovanie si nových poznatkov a dobré komunikačné schopnosti v anglickom jazyku (písomné aj ústne). Znalosť modelovania kohéznej zóny a/alebo plasticity kryštálov v MKP je veľkou výhodou počas výberového konania.

Cieľ

Dizertačná práca sa zaoberá vývojom deformovateľnej keramiky prostredníctvom pochopenia a modifikácie plasticity kryštálov a lomov zŕn s využitím mikro/nanomechanického testovania a modelovania metódou konečných prvkov (MKP).

Literatúra

aktuálna časopisecká literatúra

Školiteľ

MSc. Tamás Csanádi, PhD.

EVI

Téma bude realizovaná na externej vzdelávacej inštitúcii - ÚMV SAV, v.v.i.; https://websrv.saske.sk/imr/en/

Názov

Návrh a syntéza entropicky stabilizovanej ultravysokoteplotnej keramiky s vynikajúcou pevnosťou a plasticitou

Jazyk práce

EN

Anotácia

Dizertačná práca sa zaoberá návrhom a syntézou novej ultravysokoteplotnej keramiky (UHTC), jedinej skupiny materiálov, ktoré odolávajú teplotám vyšším ako 2000 °C, majú vynikajúcu pevnosť a plasticitu. Výskum sa zameriava na entropicky stabilizované UHTC ako veľkú novú skupinu materiálov, ktorá pozostáva z najmenej štyroch rôznych prechodných kovov v kryštálovej mriežke. Tento veľký priestor umožňuje navrhnúť deformovateľnú keramiku namiesto krehkej UHTC ktorá existuje v súčasnosti (napr. HfC, ZrB2). Téma zahŕňa návrh termodynamicky stabilných kompozícií, optimalizáciu spôsobu spracovania, štrukturálnu charakterizáciu (napr. XRD, SEM, EBSD) a mechanické testovanie vzoriek. Doktorand sa oboznámi so všetkými technikami, vyžadujú sa však základné znalosti termodynamiky a používania fázových diagramov. Okrem toho je výhodou samostatné osvojovanie si nových poznatkov a dobré komunikačné schopnosti v anglickom jazyku (písomné aj ústne). Veľkou výhodou pri výberovom konaní je znalosť softvéru CALPHAD na výpočty fázových diagramov, napríklad Thermo-Calc.

Cieľ

Dizertačná práca sa zaoberá návrhom a syntézou novej ultravysokoteplotnej keramiky (UHTC).

Literatúra

aktuálna časopisecká literatúra

Školiteľ

MSc. Tamás Csanádi, PhD.

EVI

Téma bude realizovaná na externej vzdelávacej inštitúcii - ÚMV SAV, v.v.i.; https://websrv.saske.sk/imr/

Názov

Katalyzátory pre rozklad vody z recyklovaných batérií pre membránové elektrolýzery

Jazyk práce

SK

Anotácia

Dizertačná práca sa zameriava na vývoj udržateľných a nízkonákladových elektrokatalyzátorov na výrobu zeleného vodíka prostredníctvom recyklácie kovov z lítium-iónových batérií na konci ich životnosti. Výskum sa sústreďuje na získavanie prechodných a kritických kovov, najmä Co, Ni, Fe a Li, a ich premenu na pokročilé elektrokatalytické materiály pre štiepenie vody. Vyvinuté katalyzátory budú charakterizované pomocou elektrochemických metód a testované v laboratórnych membránových elektrolyzéroch. Tento prístup stelesňuje princíp „od odpadu k hodnote“, podporuje obehové hospodárstvo a prispieva k znižovaniu nákladov na výrobu zeleného vodíka v súlade s cieľmi Európskej zelenej dohody.Cieľ: Príprava PEM cely s elektrokatalyzátormi na báze chalkogenidov a fospfidov pre efektívnu produkciu vodíka ako paliva budúcnosti.

Cieľ

Príprava zostavy membránových elektród pre PEM celu s elektrokatalyzátormi pre efektívnu produkciu vodíka ako paliva budúcnosti.

Literatúra

aktuálna časopisecká literatúra

Školiteľ

RNDr. Magdaléna Strečková, PhD.

EVI

Téma bude realizovaná na externej vzdelávacej inštitúcii - Ústav materiálového výskumu SAV, Watsonova 47, 040 22 Košice, https://websrv.saske.sk/imr/

Názov

Magneticky mäkké nanokryštalické zliatiny pripravené nekonvenčnými technikami tepelného spracovania

Jazyk práce

SK

Anotácia

Dizertačná práca je zameraná na cielené ovplyvňovanie štruktúry a magnetických vlastností nanokryštalických zliatin na báze 3-d kovov pomocou nekonvenčných techník tepelného spracovania. Plánujeme pri tom použiť aparatúru na ultra-rýchle žíhanie tenkých kovových pások skonštruovanú na ÚEF SAV, ktorá na rýchly ohrev využíva vopred predhriate masívne medené bloky pričom typické časy žíhania sú v rozsahu niekoľkých sekúnd. V porovnaní s klasickými technikami tepelného spracovania umožňuje vysoká rýchlosť ohrevu v tomto zariadení podstatne rozšíriť rozsah kompozičných zložení, ktoré sú ešte schopné vytvárať nanokryštalickú štruktúru. Ďalšou nekonvenčnou technikou tepelného spracovania bude žíhanie vo vysokom magnetickom poli. Vo vybraných systémoch zliatin sa zameriame na štúdium zmien ich štruktúrnych a magnetických vlastností. Hlavným cieľom práce je zlepšenie funkčných vlastností študovaných materiálov pre ich potenciálne aplikácie v technickej praxi.

Cieľ

Výskum magneticky mäkkých nanokryštalických zliatin pripravenýách nekonvenčnými technikami tepelného spracovania

Literatúra

Aktuálna časopisecká literatúra

Školiteľ

RNDr. Ivan Škorvánek, CSc.

Konzultant

RNDr. Jozef Marcin, PhD.

Ing. Branislav Kunca, PhD.

EVI

Téma bude realizovaná na externej vzdelávacej inštitúcii - Oddelenie aplikovaného magnetizmu a nanomateriálov; Ústav experimentálnej fyziky SAV, v. v. i., Košice; https://websrv.saske.sk/uef/

Názov

MKP modelovanie mikromechanických skúšok tvrdých povlakov

Jazyk práce

SK

Anotácia

Práca je zameraná na detailné štúdium procesov napäťových a deformačných stavov pri inštrumentovanej nanoindentácii, vrypových a tribologických skúškach v kompozitných povlakovaných systémoch pomocou modelovania metódou konečných prvkov (Finite element Modelling - FEM), vrátane rozšíreného FEM (extended FEM) a modelu kohéznej zóny (Cohesive Zone Model – CZM) a následnej experimentálnej verifikácii. Práca bude orientovaná na tenké povlaky na podložkách s rôznymi mechanickými vlastnosťami. Cieľom je pochopenie detailov porušovania tenkých povlakov v závislosti od podmienok zaťažovania ako aj optimalizácia podmienok merania jednotlivých mechanických a tribologických vlastností študovaných povlakov.

Cieľ

Detailné štúdium napäťových a deformačných stavov pri inštrumentovanej nanoindentácii, vrypových a tribologických skúškach v kompozitných systémoch na báze povlak/podložka pomocou modelovania metódou konečných prvkov (MKP).

Literatúra

1. A.K. Bhattacharya, W.D. Nix, Finite element simulation of indentation experiments, Int. J. Solids Structures 24 (1988) 881-891. doi: 10.1016/0020-7683(88)90039-X 2. H. ur Rehman, F. Ahmed, Ch. Schmid, J. Schaufler, K. Durst, Study on the deformation mechanics of hard brittle coatings on ductile substrates using in situ tensile testing and cohesive zone modelling, Surf. Coat Technol. 207 (2012)163-169. doi: 10.1016/j.surfcoat.2012.06.049 3. Sun, T. Bell, S. Zheng, Finite element analysis of the critical ratio of coating thickness to indentation depth for coating property measurements by nanoindentation, Thin Solid Films 258 (1995) 198-204. doi: 10.1016/0040-6090(94)06357-5 4. T, Csanádi, D. Németh, F. Lofaj, Mechanical Properties of Hard W-C Coating on Steel Substrate Deduced from Nanoindentation and Finite Element Modeling, Exp. Mechanics 57 (2017) 1057 – 1069. Doi: 10.1007/s11340-016-0190-x

Školiteľ

doc. RNDr. František Lofaj, DrSc.

EVI

Téma bude realizovaná na externej vzdelávacej inštitúcii - ÚMV SAV, v.v.i.; https://websrv.saske.sk/imr/

Názov

Modelovanie fázových diagramov a termodynamických vlastností systémov pre vysoko teplotné aplikácie

Jazyk práce

SK

Anotácia

Predmetom štúdia budú systémy obsahujúce hlavne žiaruvzdorné kovy a bór ako základ materiálov potenciálne vhodných pre dané využitie. Výsledky dizertačnej práce umožnia rozšírenie možnosti dizajnu nových materiálov pre vysoko-teplotné použitie výpočtovými metódami bez nutnosti časovo náročného experimentálneho skúšania.

Cieľ

Práca má za cieľ experimentálnymi metódami diferenciálnej termálnej analýzy, röntgenovej difrakcie a elektrónovej mikroskopie spresniť nejasnosti fázových diagramov a preskúmať neznáme časti zvolených systémov a následne semi-empirickou metódou Calphad namodelovať ich fázové diagramy a termodynamické vlastnosti.

Literatúra

Aktuálna časopisecká literatúra

Školiteľ

RNDr. Viera Homolová, PhD.

EVI

Téma bude realizovaná na externej vzdelávacej inštitúcii - ÚMV SAV v.v.i.; https://websrv.saske.sk/imr/en

Názov

Optická emisná a elektrónová spektroskopia reaktívneho naprašovania a multikomponentných keramických povlakov

Jazyk práce

SK

Anotácia

Moderné keramické povlaky pre ochranné vrstvy pre ultravysokými teplotami sú obvykle zložené z prvkov ťažkých kovov s vysokou teplotou (Zr, Hf, Ru, W..) silne naviazaných na ľahké prvky (bór, dusík, kyslík, uhlík s vodíkom), korých analýza je klasickými kvantitatívnymi analýzami často problematická. Na súčasnú kvantifikáciu ľahkých a ťažkých prvkov v takýchto povlakoch je obvykle potrebná kombinácia viacerých metód. Na kontrolu chemického zloženia povlaku je však potrebná aj charakterizácia plazmy, z ktorej sú povlaky nanášané. To znamená, že na určenie vzťahov medzi zložením, štruktúrou a vlastnosťami povlakov sú potrebné in situ metódy charakterizácie plazmy aj následné ex-situ metódy na povlakoch. Téma práce je zameraná na obe oblasti - in-situ optickú emisnú spectroskopiou plazmy a následnú optickú emisnú spectroskopiu v tlejivom výboji (GDOES), Ramanovskú spektroskopiu ako aj vlnovo-disperznú (WDS) a energiovo-disperznú (EDS) spektroskopiou (prípadne aj RTG fotoelektrónovou spektroskopiou (XPS) and hmotnostnou spektroskopiou sekundárnych iónov (SIMS)) na kvantifikáciu chemického zloženia povlakov na báze karbidov a boridov s cieľom určenia vzťahov medzi zložením plazmy a štruktúrou a vlastnosťami povlakov. Merania plazmy budú realizované na existujúcich iPVD zariadeniach pomocou OES systému (Avantes, Holandsko) and Ramanovského mikroskopu (XploRa, Horiba, France), GDOES (GD2, Horiba, France) ako aj na EDS and WDS (Oxford, UK) na rastovacích elektrónových mikroskopoch. Rozšírenie skúmaných metód o XPS a SIMS bude závisieť od dodávky nových zariadení.

Cieľ

Výskum vzťahov medzi charakteristikami plazmy a chemickým zložením, príp. ešte štruktúrou a vlastnosťami viackomponentných keramických povlakov pomocou in-situ optickej emisnej spectroskopioe plazmy a následnej ex-situ optickej emisnej spectroskopie v tlejivom výboji (GDOES), Ramanovskej spektroskopie ako aj vlnovo-disperznej (WDS) a energiovo-disperznej (EDS) spektroskopie.

Literatúra

1. D.M. Mattox, Handbook of Physical Vapor Deposition (PVD) processing, Mattox D.M., Noyes Publ., New Jersey, 1998. 2. N. Britun, T. Minea, S. Konstantinidis, R. Snyders, Plasma diagnostics for understanding the plasma-surface interactions in HIPIMS discharges” a review, J. Phys. D: Appl. Phys., 47 (2014) 224001. doi: 10.1088/0022-3727/47/22/224001 3. F. Lofaj, M. Kabátová, J. Dobrovodský, G. Cempura, Hydrogenation and hybridization in hard W-C:H coatings prepared by hybrid PVD-PECVD method with methane and acetylene, Int. J. Ref. Met. Hard Mat., 88 (2020), 105211. https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2020.105211

Školiteľ

doc. RNDr. František Lofaj, DrSc.

EVI

Téma bude realizovaná na externej vzdelávacej inštitúcii - ÚMV SAV, v.v.i.; https://websrv.saske.sk/imr/

Názov

Príprava a experimentálne štúdium magnetických nanočastíc pre biomedicínske aplikácie.

Jazyk práce

SK

Anotácia

Práca je orientovaná na prípravu a štúdium magnetických, štruktúrnych a funkčných vlastností nanočasticových systémov, ktoré môžu byť využité v biomedicíne ako nosiče liečiv, ako kontrasné látky pri MRI diagnostike a pre magnetickú hypertermiu. Výsledky magnetických meraní budú vysvetlené z ohľadom na koreláciu ich štruktúrnych parametrov (veľkosť častíc, vplyv povrchovej anizotropie a pod.) Budú vypresnené magnetické parametre, ktoré ovplyvňujú využitie študovaných nanočastíc v biomedicíne. Bude sledovaná vhodnosť použitia nanočastíc pre konkrétnu biomedicínsku aplikáciu.

Cieľ

Práca je orientovaná na prípravu a štúdium magnetických, štruktúrnych a funkčných vlastností nanočasticových systémov, ktoré môžu byť využité v biomedicíne ako nosiče liečiv, ako kontrasné látky pri MRI diagnostike a pre magnetickú hypertermiu.

Literatúra

aktuálna časopisecká literatúra

Školiteľ

doc. RNDr. Adriana Zeleňáková, DrSc.

Názov

Príprava kompaktovaných a kompozitných magneticky mäkkých materiálov pre nízkofrekvenčné aplikácie

Jazyk práce

SK

Anotácia

Anotácia témy dizertačnej práce: Práca je orientovaná na skúmanie vplyvu technologických postupov a dielektrika na prípravu kompaktovaných a kompozitných materiálov na ich magnetické vlastnosti pri premagnetovaní v striedavých magnetických poliach v oblasti nízkych frekvencií v širokom rozsahu maximálnych magnetických indukcií. Feromagnetickú bázu majú tvoriť feromagnetiká na báze železa a niklu a izolačné spojivo anorganické materiály. Cieľom je aj porovnať magnetické vlastnosti pripravených materiálov s konvenčnými používanými za podobných fyzikálnych podmienok.

Cieľ

Práca je orientovaná na skúmanie vplyvu technologických postupov a dielektrika na prípravu kompaktovaných a kompozitných materiálov na ich magnetické vlastnosti pri premagnetovaní v striedavých magnetických poliach v oblasti nízkych frekvencií v širokom rozsahu maximálnych magnetických indukcií. Feromagnetickú bázu majú tvoriť feromagnetiká na báze železa a niklu a izolačné spojivo anorganické materiály. Cieľom je aj porovnať magnetické vlastnosti pripravených materiálov s konvenčnými používanými za podobných fyzikálnych podmienok.

Literatúra

1. R. M. Bozorth Ferromagnetism, third edition (IEEE Press, Piscataway, NJ), 1993 2. H. Shokrollahi, K. Janghorban J. Mater. Proc. Technol. 189 (2007) 1 3. E. A. Périgo, B. Weidenfeller, P. Kollár, J. Füzer, Applied Physics Reviews 5, 031301 (2018);

Školiteľ

prof. RNDr. Peter Kollár, DrSc.

Názov

Štruktúra a vlastnosti bezolovnatej feroelektrickej keramiky

Jazyk práce

SK

Anotácia

Ťažiskom dizertačnej práce bude výskum a vývoj nových elektrokeramických materiálov na báze bezolovnatých feroelektrických systémov perovskitového typu. Súčasťou práce bude zvládnutie technologických postupov prípravy materiálov klasickou keramickou cestou, RTG difrakčná analýza štruktúry, rastrovacia a transmisná elektrónová mikroskopia a charakterizácia špecifických fyzikálnych vlastností funkčnej keramiky. Pri analytickom hodnotení makroskopických vlastností vo vzťahu k chemizmu a štruktúre elektrokeramiky bude dôraz kladený na implementáciu techniky dielektrickej spektroskopie vo výskume feroelektrických fázových prechodov.

Cieľ

Ťažiskom dizertačnej práce bude výskum a vývoj nových elektrokeramických materiálov na báze bezolovnatých feroelektrických systémov perovskitového typu.

Literatúra

aktuálna časopisecká literatúra

Školiteľ

RNDr. Vladimír Kovaľ, PhD.

EVI

Téma bude realizovaná na externej vzdelávacej inštitúcii - Ústav materiálového výskumu SAV, v.v.i. (https://websrv.saske.sk/imr/)

Názov

Štúdium štuktúrných zmien kovových skiel pod vplyvom vonkajších parametrov pomocou TEM a synchrotrónového žiarenia.

Jazyk práce

SK

Anotácia

Kovové sklá vďaka chýbajúcemu periodickému usporiadaniu atómov na ďalekú vzdialenosť vykazujú viacero výnimočných charakterstík, ktorými prevyšujú alebo sa značne líšia od štandardne používaných kryštalických kovových zliatin rovnakého zloženia. Medzi tieto charakteristiky môžeme zaradiť výborne mechanické vlastnosti (takmer teoretické hodnoty medze pevnosti, extrémna tvrdosť, výborné elastické vlastnosti, ...), vysoká korózna odolnosť, či excelentné magnetické vlastnosti (nízka koercivita a vysoká magnetická saturácia, malá termálna expanzia pri teplotách nižších ako Curieho teplota,).

Cieľ

Cieľom tejto práce bude sledovať a pochopiť vzťah medzi zmenami lokálnej atómovej štruktúry a makroskopickými vlastnosťami vo vybraných systémov kovových skiel pod vplyvom vonkajších parametrov ako sila (ťah/tlak), teplota, či magnetické pole. Tieto zmeny budú študované in-situ s využitím moderných rozptylových a zobrazovacích techník pomocou vysoko-intenzívnych zdrojov röntgenového žiarenia národných a medzinárodných laboratórii. Tieto merania budú kombinované s dostupnými štandardnými laboratórnymi technikami ako SEM, DSC, AFM, TEM a ďalšími.

Literatúra

Aktuálny časopisecká literatúra

Školiteľ

prof. RNDr. Pavol Sovák, CSc.

Konzultant

Ing. Vladimír Girman, PhD.

RNDr. Štefan Mihalik, PhD.

Názov

Transmisná elektrónová tomografia progresívnych materiálov.

Jazyk práce

SK

Anotácia

Dizertačná práca je zameraná na komplexný rozvoj a aplikáciu metodík transmisnej elektrónovej mikroskopie (TEM) a elektrónovej tomografie pre trojrozmernú (3D) charakterizáciu dvojfázových materiálov. Východiskom je systematické spracovanie teoretických princípov TEM a fyzikálnych princípov procesov tomografickej rekonštrukcie, ktoré tvoria nevyhnutný rámec pre efektívne a spoľahlivé 3D zobrazovanie. Následne sa práca sústreďuje na návrh a optimalizáciu postupov prípravy vhodných TEM preparátov tak, aby boli zabezpečené požiadavky elektrónovej transparentnosti, minimalizácie rekonštrukčných artefaktov, mechanickej stability a minimálnej degradácie, čo je osobitne dôležité pri skúmaní dvojfázových systémov s citlivými alebo heterogénnymi vlastnosťami. Významnou časťou výskumu je optimalizácia podmienok akvizície tomografických dát. Práca sa zameriava na voľbu vhodného režimu snímania, kontrolu dávky elektrónového žiarenia a určovanie parametrov série náklonov tak, aby sa dosiahol kompromis medzi vysokou kvalitou rekonštrukcií a ochranou materiálu pred poškodením. V oblasti spracovania dát sú implementované a porovnávané rôzne rekonštrukčné algoritmy, vrátane klasických iteratívnych metód a moderných postupov využívajúcich úpravu štandardných rekonštrukčných algoritmov. Hodnotí sa ich presnosť, robustnosť voči šumu a artefaktom, ako aj ich vhodnosť pre špecifiká dvojfázových systémov. Výsledné 3D objemy budú následne využité na kvantitatívnu analýzu morfológie a priestorovej distribúcie jednotlivých fáz. Práca sa sústreďuje na určovanie tvarových parametrov, objemových podielov, konektivity a charakteristík rozhraní medzi fázami. Primárnym prínosom dizertačnej práce je vytvorenie nového rekonštrukčného algoritmu, ktorý bude čo najúčinnejšie kompenzovať vplyv artefaktov a umožní spoľahlivú a kvantitatívne presnú 3D charakterizáciu dvojfázových materiálov pomocou elektrónovej tomografie.

Cieľ

1. Osvojiť si teoretické východiská transmisnej elektrónovej mikroskopie a elektrónovej tomografie. 2. Navrhnúť, optimalizovať a realizovať postupy prípravy vhodných TEM preparátov dvojfázových materiálov s ohľadom na požiadavky elektrónovej tomografie. 3. Optimalizovať akvizičné podmienky pre získavanie tomografických dát dvojfázových materiálov. 4. Implementovať, analyzovať a vzájomne porovnať vybrané algoritmy rekonštrukcie trojrozmerných objemov. 5. Vykonať kvantitatívnu 3D analýzu morfologických charakteristík a priestorovej distribúcie fáz v dvojfázových materiáloch.

Literatúra

D. B. Williams, C. B. Carter: Transmission Electron Microscopy: A Textbook for Materials Science. 2nd ed., 2009, ISBN 978-0-387-76500-6. J. Frank: Electron Tomography: Methods for Three-Dimensional Visualization of Structures in the Cell. 2006, ISBN 978-0-387-31234-7. P. A. Midgley, S. Bals: Electron Tomography. In Handbook of Nanoscopy 1, 2012, ISBN: 9783527317066. Vedecká časopisecká literatúra.

Školiteľ

Ing. Vladimír Girman, PhD.

Konzultant

doc. RNDr. Jozef Bednarčík, PhD.

Názov

Vlastnosti magneticky mäkkých kompozitov na báze štruktúrne modifikovaných feromagnetík

Jazyk práce

SK

Anotácia

Predmetom štúdia budú magneticky mäkké materiály pripravené z práškových feromagnetických častíc a dielektrickej nanoštrukturovanej keramiky. Geometrické, štruktúrne a technologické charakteristiky feromagnetických práškových častíc budú upravované mechanickými a mechano-chemickými metódami. Modifikáciou tvaru, veľkosti, povrchovej morfológie, chemického a fázového zloženia častíc bude dosiahnutá veľká variabilita technologických vlastností práškov, napr. významná zmena v lisovateľnosti. Štúdiom vývoja štruktúry a analýzy fyzikálnych vlastností kompozitov v závislosti od parametrov kompaktovania budú identifikované a popísané mechanizmy tvorby funkčných vlastností so zameraním na objasnenie vplyvu geometrických charakteristík feromagnetika na makroskopické vlastnosti magneticky mäkkých kompozitov.

Cieľ

Predmetom štúdia budú magneticky mäkké materiály pripravené z práškových feromagnetických častíc a dielektrickej nanoštrukturovanej keramiky.

Literatúra

Aktuálna časopisecká literatúra

Školiteľ

Ing. Radovan Bureš, CSc.

EVI

Téma bude realizovaná na externej vzdelávacej inštitúcii - ÚMV SAV v.v.i.; https://umv.saske.sk

Názov

Vplyv nerovnovážnych tepelných režimov na mikroštruktúru a vlastnosti kovových materiálov

Jazyk práce

SK

Anotácia

Dizertačná práca je zameraná na štúdium a cielenú modifikáciu mikroštruktúry kovových materiálov určených pre aditívnu výrobu, s dôrazom na kinetiku fázových transformácií prvého rádu. Cieľom práce je skúmať vybrané kovové systémy pripravené v amorfnej, nanokryštalickej a polykryštalickej štruktúre, získané rôznymi metódami. Osobitná pozornosť bude venovaná ultrarýchlym tepelným procesom, najmä metóde flash annealing, s rýchlosťami ohrevu v rozsahu 10–10 000 K/s, ktoré umožňujú presné riadenie fázových transformácií za výrazne nerovnovážnych podmienok. Komplexná štruktúrna charakterizácia bude realizovaná pomocou optickej mikroskopie, skenovacej a transmisnej elektrónovej mikroskopie, röntgenovej difrakcie v laboratórnych podmienkach aj s využitím synchrotrónového žiarenia, zdrojov typu Free Electron Laser a neutrónovej difrakcie. Očakávaným prínosom práce je hlbšie porozumenie kinetike fázových transformácií pri extrémnych tepelných režimoch a ich vplyvu na vzťah medzi mikroštruktúrou a vlastnosťami kovových materiálov. Získané výsledky môžu významne prispieť k vývoju pokročilých materiálov pre aditívne technológie a ich praktické využitie.

Cieľ

1. Štúdium kinetiky fázových transformácií prvého rádu vo vybraných kovových materiáloch vystavených výrazne nerovnovážnym tepelným podmienkam počas rýchleho ohrievania/chladenia. 2. Analyzovať vzťah medzi technologickými podmienkami spracovania, mikroštruktúrou a fyzikálnymi vlastnosťami materiálov pripravených v amorfnej, nanokryštalickej a polykryštalickej štruktúre s cieľom ich optimalizácie pre aditívnu výrobu. 3. Navrhnúť a experimentálne overiť stratégie cielenej modifikácie mikroštruktúry kovových materiálov vhodných pre 3D tlač, vrátane prípravy práškových materiálov a ich komplexnej štruktúrnej charakterizácie pomocou pokročilých experimentálnych metód.

Literatúra

[1] L. Lü, J. Y. H. Fuh, and Y. S. Wong, “Selective Laser Sintering,” Laser-Induced Materials and Processes for Rapid Prototyping. Springer US, pp. 89–142, 2001. doi: 10.1007/978-1-4615-1469-5_5.

Školiteľ

doc. RNDr. Jozef Bednarčík, PhD.

Názov

Vývoj kompozične komplexných keramických povlakov reakčným naprašovaním

Jazyk práce

SK

Anotácia

Vývoj magnetrónového naprašovania sa orientuje na technológie s výrazne vyšším stupňom ionizácie odprašovaného materiálu kvôli lepšej kontrole procesu depozície a lepším výsledným vlastnostiam povlaku. Medzi najznámejšie ionizované PVD (iPVD) technológie patrí High Power Impulse Magnetron Sputtering (HiPIMS) a do tejto kategórie možno zaradiť aj relativne novú technológiu nazvanú High Target Utilization Sputtering (HiTUS). Vysoká ionizácia plazmy je v prípade HiPIMS dosahovaná krátkymi nizkofrekvenčnými pulzami s extrémne vysokou hustotou výkonu, u HiTUSu výkonom na samostatnom plazmovom zdroji. Obsahom práce je optimalizácia parametrov depozície tvrdých viackomponentných karbidických, boridických a nitridických povlakov z hľadiska kontroly ich elastických a plastických vlastností prostredníctvom určenia závislostí medzi jednotlivými parametrami depozície, vlastnostami plazmy, štruktúrou povlakov a ich mechanickými a tribologickými vlastnostami. Práca bude realizovaná na iPVD zariadeniach Cryofox Discovery (Polyteknik Dánsko) a HiTUS C500 (PQL, UK) v kombinácii s mikroskopickými pozorovaniami na SEM a TEM a meraniami mechanických vlastností.

Cieľ

Výskum vplyvu parametrov depozície tvrdých viackomponentných karbidických, boridických a nitridických povlakov na ich mechanické a tribologické vlastnosti.

Literatúra

1. D.M. Mattox, Physical sputtering and sputter deposition (sputtering), pp. 343-405 in Handbook of Physical Vapor Deposition (PVD) processing, Mattox D.M., Noyes Publ., New Jersey, 1998. 2. B. Cantor, I.T.H. Chang, P. Knight, A.J.B. Vincent, Microstructural development in equiatomic multicomponent alloys (2004) Mater. Sci. Eng. A, 375-377 (1-2 SPEC. ISS.), pp. 213-218. doi: 10.1016/j.msea.2003.10.257 3. E. Lewin, E. Multi-component and high-entropy nitride coatings - A promising field in need of a novel approach J. Appl. Phys. 127, 160901 (2020); doi: 10.1063/1.5144154 4. F. Lofaj, L. Kvetková, T. Roch, J. Dobrovodský, V. Girman, M. Kabátová, M. Beňo, Reactive HiTUS TiNbVTaZrHf-Nx coatings: structure, composition and mechanical properties, Materials 16 (2) (2023) 563. https://doi.org/10.3390/ma16020563

Školiteľ

doc. RNDr. František Lofaj, DrSc.

EVI

Téma bude realizovaná na externej vzdelávacej inštitúcii - ÚMV SAV, v.v.i.; https://websrv.saske.sk/imr/

Názov

Vývoj ultra-vysokoteplotných karbidov so zvýšenou oxidačnou odolnosťou

Jazyk práce

SK

Anotácia

Téma dizertačnej práce je zameraná na vývoj nových UHTC materiálov odolných voči oxidácii prostredníctvom systematickej experimentálnej štúdie, v ktorej sa skúmajú vysokoteplotné vlastnosti (odolnosť voči oxidácii a ablácii, odolnosť voči tepelným šokom a ďalšie) a mechanické správanie sa monokarbidov a binárnych žiaruvzdorných karbidov. Následne budú syntetizované karbidy s prídavkom sekundárnej fázy so zabudovaným kremíkom, vo forme SiC a silicidov prechodných kovov, ktoré sú známe ako zlúčeniny tvoriace ochrannú sklovitú fázu, ktoré môžu ďalej zlepšovať odolnosť voči oxidácii novo vyvíjaných UHTC. Riešenie PhD. práce vytvorí súbor základných poznatkov, ktoré sú nevyhnutné pre návrh nových zložitejších viackomponentných keramických materiálov s výrazne zvýšenou oxidačnou odolnosťou, čo bude významným prínosom pre celú komunitu materiálových vied.

Cieľ

Téma dizertačnej práce je zameraná na vývoj nových UHTC materiálov odolných voči oxidácii prostredníctvom systematickej experimentálnej štúdie, v ktorej sa skúmajú vysokoteplotné vlastnosti (odolnosť voči oxidácii a ablácii, odolnosť voči tepelným šokom a ďalšie) a mechanické správanie sa monokarbidov a binárnych žiaruvzdorných karbidov.

Literatúra

aktuálna časopisecká literatúra

Školiteľ

Ing. Alexandra Kovalčíková, PhD.

EVI

Téma bude realizovaná na externej vzdelávacej inštitúcii - Ústav materiálového výskumu SAV, v.v.i., Watsonova 47, 040 01 Košice

Názov

Príprava kompaktovaných a kompozitných magneticky mäkkých materiálov pre nízkofrekvenčné aplikácie

Jazyk práce

EN

Anotácia

Práca je orientovaná na skúmanie vplyvu technologických postupov a dielektrika na prípravu kompaktovaných a kompozitných materiálov na ich magnetické vlastnosti pri premagnetovaní v striedavých magnetických poliach v oblasti nízkych frekvencií v širokom rozsahu maximálnych magnetických indukcií. Feromagnetickú bázu majú tvoriť feromagnetiká na báze železa a niklu a izolačné spojivo anorganické materiály. Cieľom je aj porovnať magnetické vlastnosti pripravených materiálov s konvenčnými používanými za podobných fyzikálnych podmienok.

Cieľ

Práca je orientovaná na skúmanie vplyvu technologických postupov a dielektrika na prípravu kompaktovaných a kompozitných materiálov na ich magnetické vlastnosti pri premagnetovaní v striedavých magnetických poliach v oblasti nízkych frekvencií v širokom rozsahu maximálnych magnetických indukcií. Feromagnetickú bázu majú tvoriť feromagnetiká na báze železa a niklu a izolačné spojivo anorganické materiály. Cieľom je aj porovnať magnetické vlastnosti pripravených materiálov s konvenčnými používanými za podobných fyzikálnych podmienok.

Literatúra

1. R. M. Bozorth Ferromagnetism, third edition (IEEE Press, Piscataway, NJ), 1993 2. H. Shokrollahi, K. Janghorban J. Mater. Proc. Technol. 189 (2007) 1 3. E. A. Périgo, B. Weidenfeller, P. Kollár, J. Füzer, Applied Physics Reviews 5, 031301 (2018);

Školiteľ

prof. RNDr. Peter Kollár, DrSc.

Názov

Štúdium štruktúry neusporiadaných a kvázi-usporiadaných kovových zliatin pomocou rozptylu elektrónového a RTG žiarenia.

Jazyk práce

EN

Anotácia

Fázové prechody tuhých látok z neusporiadaného stavu do usporiadania komplexných štruktúr sú predmetom moderných výskumov. Vzájomný vzťah štruktúry východzieho a konečného stavu usporiadania hrá dôležitú úlohu pri tvorbe nových fáz, ktoré majú neobvyklé fyzikálne a chemické vlastnosti. Zmeny externých podmienok fázových prechodov, napr. silné magnetické polia alebo extrémne prudké zmeny teplôt, umožňujú veľkú variabilitu finálnych vlastností tuhých látok. Témou dizertačnej práce bude štúdium atomárnej stavby a stability syntetizovaných fáz vo vybraných materiáloch pomocou techník elektrónovej a fotónovej difrakcie, vo vzťahu k ich vlastnostiam. V práci bude kladený väčší dôraz na experimentálnu časť, ktorá sa bude realizovať na modernom elektrónovom mikroskope JEOL 2100F UHR. Pre úspešné zvládnutie práce však bude potrebné využívať aj infraštruktúru centier elektrónovej mikroskopie a synchrotrónov v zahraničí.

Cieľ

1.) Príprava zliatin na výrobu masívnych kovových skiel. 2.) Termomechanické spracovanie a testovanie mechanických a fyzikálnych vlastností masívnych kovových skiel. 3.) Štúdium lokálnej atómovej štruktúry kovových skiel a jej korelácii s fyzikálnymi a mechanickými vlastnosťami. 4.) Štúdium amorfizácie, kryštalizačných procesov a termomechanicky indukovaných fázových premien kryštalických fáz.

Literatúra

Williams D. B. and Crater C. B.: Transmission electron microscopy. 2nd ed., Springer Science, 2009, ISBN 978-0-387-76500-6. Inoue A. and Suryanarayana C.: Bulk metallic glasses. CRC Press, Talyor and Francis Group, 2011, ISBN-13: 978-1-4200-8597-6 Miller M. and Liaw P.: Bulk metallic glasses: An overview. Springer Science, 2008, ISBN 978-0-387-48920-9. Als-Nielsen J. and McMorrow D.: Elements of Modern X-ray Physics. 2nd ed., John Wiley & Sons Ltd, 2011, ISBN 978-0-470-97395-0

Školiteľ

Ing. Vladimír Girman, PhD.

Konzultant

prof. RNDr. Pavol Sovák, CSc.

Názov

Elektrokatalyzátory na báze tenkých vrstiev prechodných kovov pre aplikácie v elektrolýzeroch a palivových článkoch

Jazyk práce

EN

Anotácia

Produkcia energie z obnoviteľných zdrojova jej uskladnenie v zelenom vodíku patria medzi základné piliere tzv. vodíkovej ekonomiky, ktorá bude zohrávať stale vačší podiel na energetických základoch svetovej ekonomiky. Katalyzátory zohrávajú kľúčovú úlohu v základoch vodíkového hospodárstva, pretože bez nich by nebolo možné realizovať základné chemické procesy prebiehajúce pre konverzii energie ako sú: elektrolýza vody, fotodekompozícia vody, dekompozícia metánu pre získavanie vodíka ako aj zvýšiť výkon palivových článkov pri konverzii chemickej energie viazanej v molekule vodíka a kyslíka priamo na elektrickú energiu. Takisto evolúcia vodíka a kyslíka ako aj redukcia kyslíka, ktoré vyžadujú prítomnosť katalyzátora patria medzi reakcie, ktoré zohrávajú kľúčovú úlohu v efektívnom získavaní vodíka a kyslíka a pri výrobe elektrickej energie z vodíka. V náväznosti na hore spomenuté technologický významné procesy je hlavný cieľom dizertačnej práce cielený dizajn a príprava tenko-vrstvových prípravu katalyzátorov pomocou magnetrónového naprašovania a stanovenie ich activity a stability vo vybraných aplikačných oblastiach.

Cieľ

Hlavnýcm cieľom práce je príprava tenkovrstvových katalyzátorov pomocou magnetrónového naprašovania aj štúdium ich katalytickej aktivity pre evolúciu vodíka, evolúciu kyslíka a redukciu kyslíka.

Literatúra

A. Wieckowski, Interfacia Electrochemistry, CRC Press, 1999 M. Koper, Fuel Cell Catalysis, Willey, 2009

Školiteľ

doc. Mgr. Vladimír Komanický, Ph.D.

Názov

Tenkovrstvové neekviatomické vysokoentropické zliatiny: vzťah medzi štruktúrou a magnetickými vlastnosťami

Jazyk práce

EN

Anotácia

Vysokoentropické zliatiny (HEA) predstavujú novú triedu multifunkčných materiálov charakterizovaných vysokou konfiguračnou entropiou a širokým kompozičným priestorom. Prechod od ekviatomických k neekviatomickým zloženiam výrazne rozširuje možnosti stabilizácie rôznych kryštálových fáz a umožňuje cielené ladenie fyzikálnych vlastností. Magnetické vlastnosti HEA sú silne ovplyvnené chemickou neusporiadanosťou, rozdielmi v atómových polomeroch a zmiešavacou entalpiou jednotlivých prvkov. V tenkovrstvovej forme navyše zohrávajú významnú úlohu defekty, vnútorné napätia a rozmerové efekty, ktoré môžu byť ďalej modifikované tepelným spracovaním (žíhaním) a mechanickou deformáciou. Dizertačná práca bude zameraná na prípravu tenkovrstvových HEA pomocou ko-depozície magnetrónovým naprašovaním z viacerých zdrojov, čo umožní presné riadenie chemického zloženia. Štrukturálny stav bude analyzovaný pomocou XRD, TEM a AFM. Magnetické vlastnosti budú študované pomocou SQUID magnetometrie a MOKE meraní. Osobitná pozornosť bude venovaná identifikácii typu magnetického usporiadania, určeniu kritických teplôt magnetických prechodov, ako aj analýze zmien magnetických parametrov po žíhaní a riadenej deformácii vzoriek.

Cieľ

Hlavným cieľom dizertačnej práce je príprava tenkovrstvových neekviatomických vysokoentropických zliatin (HEA) pomocou ko-depozície magnetrónovým naprašovaním a systematické štúdium ich magnetických vlastností v závislosti od zloženia, kryštálovej štruktúry a vonkajších faktorov.

Literatúra

aktuálna časopisecká literatúra

Školiteľ

doc. Mgr. Vladimír Komanický, Ph.D.

Konzultant

Dr. Serhii Vorobiov, PhD.

Názov

Štúdium vplyvu technologických postupov na magnetizačné procesy neorientovaných FeSi ocelí

Jazyk práce

SK

Anotácia

Práca je zameraná na skúmanie súvislosti medzi procesnými parametrami výroby vysokokremíkových elektrických ocelí a ich magnetickými charakteristikami dôležitými pri ich využití v elektromotoroch. Cieľom je porozumieť vzťah medzi zmenami v termomechanickom spracovaní materiálu v podmienkach výroby a magnetickými vlastnosťami. Výskum využije laboratórne simulácie výrobných krokov a experimentálne merania magnetických vlastností s dôrazom na identifikáciu kľúčových súvislostí.

Cieľ

Práca je zameraná na skúmanie súvislosti medzi procesnými parametrami výroby vysokokremíkových elektrických ocelí a ich magnetickými charakteristikami dôležitými pri ich využití v elektromotoroch. Cieľom je porozumieť vzťah medzi zmenami v termomechanickom spracovaní materiálu v podmienkach výroby a magnetickými vlastnosťami. Výskum využije laboratórne simulácie výrobných krokov a experimentálne merania magnetických vlastností s dôrazom na identifikáciu kľúčových súvislostí.

Literatúra

1. H. Kronmüller, S. Parkin: Handbook of Magnetism and Advanced Magnetic Materials, Wiley 2007. 2. I. Chikazumi: Physics of feromagnetism, Oxford Science Publications, Oxford University Press 1999. 3. J.M.D. Coey: Magnetism and Magnetic Materials, Cambridge University Press 2009

Školiteľ

prof. RNDr. Peter Kollár, DrSc.

Názov

Moderné magneticky mäkké kompozity s feritovou izoláciou

Jazyk práce

EN

Anotácia

Práca je orientovaná na prípravu a štúdium magnetických kompozitných materiálov pozostávajúcich z častíc na báze Fe povlakovaných feritom. Pre svoje jedinečné vlastnosti sa magneticky mäkké kompozitné materiály v posledných rokoch uplatňujú napríklad v elektromotoroch a výkonovej elektronike. Potenciálnou výhodou použitia magneticky mäkkých feritov ako izolačnej vrstvy oproti iným typov izolantov je ich ferimagnetické správanie zlepšujúce magnetickú interakciu medzi feromagnetickými časticami prášku v pripravenom kompozite. Kompozitné materiály budú pripravované lisovaním za rôznych fyzikálnych podmienok. Na pripravených materiáloch budú študované hysterézne slučky a ich straty, elektrický odpor a spektrum komplexnej permeability. Cieľom je optimalizácia prípravy kompozitného materiálu (zloženie, metóda prípravy hybridného práškového materiálu, parametre lisovania, parametre tepelného spracovania) vykazujúceho vlastnosti požadované od magneticky mäkkých materiálov pri premagnetovaní v stredofrekvenčnej oblasti.

Cieľ

Výskum magnetických vlastností magneticky mäkkých kompozitov (MMK) a magneticky mäkkých feritov (MMF). Príprava MMK a MMF, vrátane vývoja nových metód prípravy materiálov. Meranie elektromagnetických vlastností MMK a ich teplotných závislostí a charakterizácia pripravených materiálov so zameraním na magnetické straty a ich jednotlivé zložky. Optimalizácia procesov prípravy materiálov s cieľom dosiahnuť progresívne magnetické kompozity.

Literatúra

1. R. M. Bozorth, Ferromagnetism, third edition (IEEE Press, Piscataway, NJ), 1993. 2. S. Chikazumi, Physics of Ferromagnetism, Oxford University press, 1997. 3. vedecké publikácie na tému magneticky mäkkých kompozitov

Školiteľ

doc. RNDr. Ján Füzer, PhD.

Názov

Adaptácia úloh Turnaja mladých fyzikov do výučby na gymnáziu

Jazyk práce

SK

Cieľ

Každoročne sú v Turnaji mladých fyzikov (TMF) riešené zaujímavé a z pohľadu školskej fyziky netradičné fyzikálne problémy. Pri ich riešení si žiaci rozširujú vedomosti a rozvíjajú spôsobilosti vedeckej práce. Spracovaniu úloh sa venujú iba na niekoľkých školách v rámci voľnočasových aktivít. Vyriešené úlohy ako aj systém ich prezentovania, oponovania a recenzovania žiakmi ponúkajú obrovský potenciál pre školské fyzikálne vzdelávania. Hlavným cieľom dizertačnej práce je implementovať vybrané úlohy TMF do výučby na strednej škole formou laboratórnych meraní. Úlohou doktoranda(ky) bude pre jednotlivé tematické celky učiva fyziky na gymnáziu vybrať úlohy riešené v predchádzajúcich ročníkoch TMF. Pri výbere úloh cielene sledovať rozvoj spôsobilostí vedeckej práce žiaka. Vybrané úlohy adaptovať do podoby riadeného bádania a pripraviť k nim pracovné listy a metodiky pre učiteľov. Didaktickým experimentom na vybraných školách overiť vhodnosť ich zaradenia do výučby a po pilotnom overení finalizovať didaktické materiály k jednotlivým laboratórnym meraniam.

Literatúra

[1] HENDL, J. 2008. Kvalitativní výzkum: základní teorie, metody a aplikace. Praha 2008, 2. vydanie, 408 s. ISBN 978-80-7367-485-4. [2] KLUIBER, Z. 2005. Tvůrčí náboj úloh turnaje mladých fyziků. Ed. Scio me multa nescire, č. 28. MAFY Hradec Králové 2005. [3] Martchenko, I.: Preparation to the Young physicist`s tournament, [online]. Dostupné na internete: <www.iypt.org>. [4] MURCIA, K. 2008. Re-thinking the Development of Scientific Literacy Through a Rope Metaphor. In: Research in Science Education. Vol. 39, 2008, No. 2

Školiteľ

doc. RNDr. Marián Kireš, PhD.

Konzultant

prof. RNDr. Peter Kollár, DrSc.

Názov

Formatívne hodnotenie vo vyučovaní fyziky na strednej škole

Jazyk práce

SK

Anotácia

Formatívne hodnotenie predstavuje jeden z najefektívnejších spôsobov ako ovplyvňovať výsledky vzdelávacieho procesu. Formatívne hodnotenie je zamerané na poskytnutie okamžitej spätnej väzby s cieľom podporiť žiacke učenie. Cieľom dizertačnej práce je analyzovať dostupné nástroje formatívneho hodnotenia a posúdiť možnosti ich implementácie pre podporu učenia vo fyzike. Dizertant v rámci realizácie práce navrhne súbor nástrojov formatívneho hodnotenia pre bádateľské aktivity, ktoré budú cielene a systematicky začlenené do štruktúry bádateľsky orientovanej výučby tak, aby dochádzalo k postupnému rozvíjaniu pochopenia fyzikálnych pojmov a javov ako aj zručností realizovať skúmanie a k rozvíjaniu samostatnosti a zodpovednosti v procese učenia. Efektivitu navrhnutého modelu overí pedagogickým výskumom.

Cieľ

1. Analyzovať metódy, stratégie a nástroje hodnotenia výučby na strednej škole s dôrazom na formatívne hodnotenie. 2. Vytvoriť Posúdiť možnosti implementácie nástrojov formatívneho hodnotenia do vyučovania fyziky na strednej škole. 3. Navrhnúť súbor nástrojov formatívneho hodnotenia pre bádateľské aktivity, ktoré budú cielene a systematicky začlenené do štruktúry bádateľsky orientovanej výučby 4. Efektivitu navrhnutého modelu overiť pedagogickým výskumom.

Literatúra

[1] Black, P. & WIiliam, P. 1998. Assessment and classroom learning, Assessment in Education: Principles, Policy & Practice, 5(1), 7-74, https://doi.org/10.1080/0969595980050102 [2] Etkina, E., Karelina, A., Murthy, S. & Ruibal-Villasenor, M. 2009 Using action research to improve learning and formative assessment to conduct research, Phys. Rev. St Phys. Educ. Res 5, 010109 [3] Harlen, W. 2013. Assessment & Inquiry-Based Science Education: Issues in Policy and Practice. Global Network of Science Academies (IAP) Science Education Programme (SEP), dostupné na https://www.interacademies.org/sites/default/files/publication/ibse_assessment_guide_iap_sep_0.pdf

Školiteľ

doc. RNDr. Zuzana Ješková, PhD.

Názov

Interaktívne metódy a technológie vo vyučovaní fyziky mikrosveta

Jazyk práce

SK

Anotácia

Práca je orientovaná na didaktický výskum v oblasti nového kurikula (obsahu a prístupov) do výučby fyziky s využitím najnovších interaktívnych vyučovacích metód a digitálnych technológií. Nové kurikulum by malo viac odzrkadľovať súčasné vedecké poznanie a technický pokrok ako tradičné. Súčasne by malo podať potrebné základy pre budúcich prírodovedcov a inžinierov, ktorých čaká riešenie takých problémov, akými sú dizajn nových vodivých materiálov, rýchle dátové úložiská s vysokou hustotou a prístupovou rýchlosťou, nové komunikačné technológie, nanoveda a nanotechnológie, alternatívne zdroje energií, kvantové počítače, počítačový dizajn liečiv, či modelovanie extrémne komplexných systémov zahrňujúcich klimatické a geofyzikálne javy. Ťažiskom práce doktoranda bude štúdium, výber a príprava vzdelávacích aktivít s podporou experimentov v oblasti fyziky mikrosveta. Z pohľadu výskumu bude hlavným cieľom výskum možností implementácie nového obsahu v oblasti fyziky mikrosveta do učebných osnov s následnou analýzou vplyvu a efektívnosti zvolených metód a technológií. Uchádzač by mal mať isté skúsenosti s technológiou Jupyter notebookov, modelovaním v Geogebre a základmi modernej fyziky, najmä Feynmanovým priestoročasovým prístupom ku kvantovej fyzike a Einsteinovou teóriou relativity.

Cieľ

Ťažiskom práce doktoranda bude štúdium, výber a príprava vzdelávacích aktivít s podporou experimentov v oblasti fyziky mikrosveta. Z pohľadu výskumu bude hlavným cieľom výskum možností implementácie nového obsahu v oblasti fyziky mikrosveta do učebných osnov s následnou analýzou vplyvu a efektívnosti zvolených metód a technológií.

Literatúra

[1] R. Chabay and B. Sherwood, Matter & Interactions. 4th ed. New York, NY, USA: Wiley, 2020. ISBN 978-1-119-08081-7. [2] M. G. Jones, Nanoscale Science: Activities for Grades 6-12. Arlington, VA, USA: NSTA Press, 2007. ISBN 978-1-933531-05-2. [3] T. A. Moore, Six Ideas that Shaped Physics: Units C, N, E, T, R, Q. 3rd ed., Vols. 1–6. Boston, MA, USA: McGraw-Hill Education, 2022. ISBN 978-1-26-488144-4. [4] C. Hughes, J. Isaacson, A. Perry, R. F. Sun and J. Turner, Quantum Computing for the Quantum Curious. London, UK: Springer International Publishing, 2021. ISBN: 978-3-030-61600-7. [5] D. Prutchi, Exploring Quantum Physics through Hands-on Projects. John Wiley & Sons, 2012. ISBN 978-1-118-14066-6.

Školiteľ

doc. RNDr. Jozef Hanč, PhD.

Názov

Model výučby Všeobecnej fyziky na univerzite

Jazyk práce

SK

Anotácia

Prednášková forma výučby je štandardne dominantne zastúpená vo vysokoškolskej príprave študentov. Avšak s postupnou implementáciou reformy vzdelávania sa pripravenosť študentov na náročný prechod na vysokoškolský spôsob vzdelávania výrazne znižuje. Táto situácia volá po zmenách vo vzdelávaní, predovšetkým v úvodných kurzoch štúdia fyziky na univerzite, ktoré sú pre úspešné pokračovanie štúdia kľúčové. Tieto zmeny smerujú k väčšiemu zastúpeniu interaktívnych metód výučby, ktoré by mali čiastočne nahradiť transmisívne metódy vzdelávania. Dizertačná práca je zameraná na analýzu pripravenosti študentov na štúdium fyziky na univerzite, prípravu aktivít, vhodných k zaradeniu do úvodných kurzov fyziky založených na interaktívnych metódach výučby, ich implementáciu do vzdelávania a analýzu efektivity ich zaradenia.

Cieľ

1. Analyzovať dostupné interaktívne metódy vhodné predovšetkým pre výučbu fyziky na Univerzite. 2. Posúdiť a vybrať vhodné interaktívne metódy pre výučbu predmetu Všeobecná fyzika na Univerzite. 3. Pripraviť sériu aktivít pre systematickú implementáciu do výučby predmetu Všeobecná fyzika, jednak pre prednáškovú formu výučby ale aj pre podporu realizácie cvičení. 4. Overiť vytvorený model výučby predmetu Všeobecná fyzika pedagogickým experimentom.

Literatúra

[1] Proceedings ICPE-EPEC 2013 conference, August 5-9, 2013, Prague, Czech republic, Amsterdam, Active learning in a changing world of new technologies, Charles University in Prague, MATFYZPRESS publisher, Prague 2013, available on <http://www.icpe2013.org/proceedings> [2] Thornton, R., Sokoloff, D. Interactive Lecture Demonstrations, Active learning in Introductory Physics, 2004 John Wiley and Sons [3] Redish, F., J. Research-Based Reform of University Physics, available on <http://per-central.org/per_reviews/media/volume1/> [4] Beichner, R., J., et al. ThHe Student-Centered Activities for Large Enrollment Undergraduate Programs (SCALE-UP) Project, available on http://www.per-central.org/document/ServeFile.cfm?ID=4517 [5] Redish, E,F., Teaching Physics with the Physics Suite, 2003 John Wiley and Sons [6] Laws, P. et al. Physics with Video Analysis, published by Vernier Software and Technology, 2009, ISBN-978-1-929075-11-9

Školiteľ

doc. RNDr. Zuzana Ješková, PhD.

Názov

Nástroje umelej inteligencie v inovatívnom fyzikálnom vzdelávaní.

Jazyk práce

SK

Anotácia

Nástroje umelej inteligencie (AI), najmä chatboty založené na pokročilých veľkých neurónových jazykových modeloch ako sú ChatGPT, Gemini alebo Mistral si vďaka svojim impozantným schopnostiam v rokoch 2023-2024 vyslúžili významnú pozornosť v mnohých oblastiach ľudskej činnosti, vrátane vzdelávania fyziky a STEM predmetov. Táto dizertačná práca sa zameria na hĺbkovú analýzu súčasného stavu, vplyvu, dynamického vývoja aj potenciálu týchto technológií v kontexte inovatívneho vzdelávania vo fyzike. Následne sa preskúmajú možnosti integrácie AI do učebných osnov a didaktických postupov, s cieľom pripraviť ukážkové vzdelávacie inovatívne aktivity podporené AI vo vybranej oblasti fyziky, spolu s metodickými usmerneniami pre ich efektívne využitie. Empirický zmiešaný výskum bude orientovaný na analýzu vplyvu týchto technológií na zvýšenie motivácie a efektívnosti výučby na stredných a vysokých školách. Práca by mala smerovať aj k zhodnotenie nových perspektív využitia AI, ktoré môže výrazne obohatiť a transformovať súčasnú pedagogickú prax vo fyzikálnom vzdelávaní.

Cieľ

Hlavným cieľom tejto dizertačnej práce je teoreticky a aj empiricky zhodnotiť vplyv a potenciál nástrojov AI na skvalitnenie vzdelávania vo fyzike. Naplnenie tohto cieľa by malo byť realizované prostredníctvom integrovania AI do učebných osnov fyziky, vytvorenia zodpovedajúcich vzdelávacích aktivít s podporou AI s overením a analýzou ich dopadu na motiváciu a efektivitu na stredných a vysokých školách.

Literatúra

[1] J. W. Creswell and V. L. P. Clark, Designing and Conducting Mixed Methods Research, 3rd ed. London: SAGE Publications, Inc, 2017. ISBN 978-1-483346-98-4 [2] J. A. Bowen and C.E. Watson, Teaching with AI: A Practical Guide to a New Era of Human Learning. Baltimore, Maryland: Johns Hopkins University Press, 2024. [3] M. N. Dahlkemper, S. Z. Lahme, and P. Klein, “How do physics students evaluate artificial intelligence responses on comprehension questions? A study on the perceived scientific accuracy and linguistic quality of ChatGPT,” Phys. Rev. Phys. Educ. Res., vol. 19, no. 1, p. 010142, 2023 [4] A. Al-Marzouqi (ed.) et al., Artificial Intelligence in Education: The Power and Dangers of ChatGPT in the Classroom. Springer, 2024. ISBN 978-3-031-52280-2. [5] G. Kortemeyer, “Toward AI grading of student problem solutions in introductory physics: A feasibility study,” Phys. Rev. Phys. Educ. Res., vol. 19, no. 2, p. 020163, 2023 [6] D. Borovský, J. Hanč, and M. Hančová, “Innovative approaches to high school physics competitions: Harnessing the power of AI and open science”, J. Phys.: Conf. Ser., roč. 2715, č. 1, s. 012011, 2024 [7] W. Xu and F. Ouyang, "The Application of AI Technologies in STEM Education: A Systematic Review from 2011 to 2021," International Journal of STEM Education, vol. 9, no. 1, p. 59, 2022.

Školiteľ

doc. RNDr. Jozef Hanč, PhD.

Názov

Rozvoj zručnosti argumentovať v kurze konceptuálnej fyziky

Jazyk práce

SK

Anotácia

Žiakovo pochopenie fyzikálnych pojmov a javov je možné overovať prostredníctvom kvalitatívnych úloh a ich fyzikálnej interpretácie. Schopnosť vhodne použiť najdôležitejšie argumenty, správne ich usporiadať do uceleného výkladu fyzikálneho pojmu alebo javu sú znakmi zručnosti argumentovať. V rámci dizertačnej práce bude analyzovaný obsah kurzov konceptuálnej fyziky. Doktorand spracuje tematicky roztriedený súbor kvalitatívnych úloh a ich ozrejmenia na úrovni stredoškolskej fyziky. Pre učiteľov fyziky vytvorí kurz kontinuálneho vzdelávania, ktorým poskytne základné východiská a materiály pre aplikáciu kvalitatívnych úloh vo výučbe fyziky na strednej škole. Na vybranej vzorke žiakov gymnázií bude skúmaný rozvoj zručnosti argumentovať a úroveň žiackeho konceptuálneho porozumenia vybraných fyzikálnych pojmov a javov.

Cieľ

1. Zmapovať prístup k tvorbe obsahu kurzov konceptuálnej fyziky a používaných vyučovacích metód pri ich realizácii. 2. Spracovať tematicky roztriedený súbor kvalitatívnych úloh a ich ozrejmenia na úrovni stredoškolskej fyziky. 3. Vytvoriť a realizovať kurz kontinuálneho vzdelávania učiteľov fyziky zameraný na výučbu konceptuálne fyziky na strednej škole. 4. Na vybranej vzorke žiakov gymnázia skúmať rozvoj argumentačných zručností žiakov a úroveň žiackeho konceptuálneho porozumenia.

Literatúra

[1] Taşlıdere, Erdal & Eryilmaz, Ali. (2009). Alternative to Traditional Physics Instruction: Effectiveness of Conceptual Physics Approach. Eurasian Journal of Educational Research (EJER). 9. 109-128. [2] Aina, Jacob. (2017). Investigating the Conceptual Understanding of Physics through an Interactive Lecture- Engagement. Cumhuriyet International Journal of Education-CIJE. 6. 82-96. [3] Price, Edward & Goldberg, Fred & Robinson, Steve & McKean, Michael. (2016). Validity of peer grading using Calibrated Peer Review in a guided-inquiry, conceptual physics course. Physical Review Physics Education Research. 12. 10.1103/PhysRevPhysEducRes.12.020145. [4] Walker, Jearl. (2023). The Flying Circus of Physics, 2nd ed.

Školiteľ

doc. RNDr. Marián Kireš, PhD.

Názov

Nástroje umelej inteligencie v inovatívnom fyzikálnom vzdelávaní.

Jazyk práce

EN

Anotácia

Nástroje umelej inteligencie (AI), najmä chatboty založené na pokročilých veľkých neurónových jazykových modeloch ako sú ChatGPT, Bard alebo Claud, si vďaka svojim impozantným schopnostiam v roku 2023 vyslúžili významnú pozornosť v mnohých oblastiach ľudskej činnosti, vrátane vzdelávania fyziky a STEM predmetov. Táto dizertačná práca sa zameria na hĺbkovú analýzu súčasného stavu, vplyvu, dynamického vývoja aj potenciálu týchto technológií v kontexte inovatívneho vzdelávania vo fyzike. Následne sa preskúmajú možnosti integrácie AI do učebných osnov a didaktických postupov, s cieľom pripraviť ukážkové vzdelávacie inovatívne aktivity podporené AI vo vybranej oblasti fyziky, spolu s metodickými usmerneniami pre ich efektívne využitie. Empirický zmiešaný výskum bude orientovaný na analýzu vplyvu týchto technológií na zvýšenie motivácie a efektívnosti výučby na stredných a vysokých školách. Práca by mala smerovať aj k zhodnotenie nových perspektív využitia AI, ktoré môže výrazne obohatiť a transformovať súčasnú pedagogickú prax vo fyzikálnom vzdelávaní.

Cieľ

Hlavným cieľom tejto dizertačnej práce je teoreticky a aj empiricky zhodnotiť vplyv a potenciál nástrojov AI na skvalitnenie vzdelávania vo fyzike. Naplnenie tohto cieľa by malo byť realizované prostredníctvom integrovania AI do učebných osnov fyziky, vytvorenia zodpovedajúcich vzdelávacích aktivít s podporou AI s overením a analýzou ich dopadu na motiváciu a efektivitu na stredných a vysokých školách.

Literatúra

[1] J. W. Creswell and V. L. P. Clark, Designing and Conducting Mixed Methods Research, 3rd ed. London: SAGE Publications, Inc, 2017. ISBN 978-1-483346-98-4 [2] W. Daher, H. Diab, and A. Rayan, “Artificial Intelligence Generative Tools and Conceptual Knowledge in Problem Solving in Chemistry,” Information, vol. 14, no. 7, Art. no. 7, 2023 [3] M. N. Dahlkemper, S. Z. Lahme, and P. Klein, “How do physics students evaluate artificial intelligence responses on comprehension questions? A study on the perceived scientific accuracy and linguistic quality of ChatGPT,” Phys. Rev. Phys. Educ. Res., vol. 19, no. 1, p. 010142, 2023 [4] A. Al-Marzouqi (ed.) rt al., Artificial Intelligence in Education: The Power and Dangers of ChatGPT in the Classroom. Springer, 2024. ISBN 978-3-031-52280-2. [5] G. Kortemeyer, “Toward AI grading of student problem solutions in introductory physics: A feasibility study,” Phys. Rev. Phys. Educ. Res., vol. 19, no. 2, p. 020163, 2023 [6] W. Xu and F. Ouyang, "The Application of AI Technologies in STEM Education: A Systematic Review from 2011 to 2021," International Journal of STEM Education, vol. 9, no. 1, p. 59, 2022.

Školiteľ

doc. RNDr. Jozef Hanč, PhD.

Názov

Interaktívne metódy a technológie vo vyučovaní fyziky mikrosveta

Jazyk práce

EN

Anotácia

Práca je orientovaná na didaktický výskum v oblasti nového kurikula (obsahu a prístupov) do výučby fyziky s využitím najnovších interaktívnych vyučovacích metód a digitálnych technológií. Nové kurikulum by malo viac odzrkadľovať súčasné vedecké poznanie a technický pokrok ako tradičné. Súčasne by malo podať potrebné základy pre budúcich prírodovedcov a inžinierov, ktorých čaká riešenie takých problémov, akými sú dizajn nových vodivých materiálov, rýchle dátové úložiská s vysokou hustotou a prístupovou rýchlosťou, nové komunikačné technológie, nanoveda a nanotechnológie, alternatívne zdroje energií, kvantové počítače, počítačový dizajn liečiv, či modelovanie extrémne komplexných systémov zahrňujúcich klimatické a geofyzikálne javy. Ťažiskom práce doktoranda bude štúdium, výber a príprava vzdelávacích aktivít s podporou experimentov v oblasti fyziky mikrosveta. Z pohľadu výskumu bude hlavným cieľom výskum možností implementácie nového obsahu v oblasti fyziky mikrosveta do učebných osnov s následnou analýzou vplyvu a efektívnosti zvolených metód a technológií. Uchádzač by mal mať isté skúsenosti s technológiou Jupyter notebookov, modelovaním v Geogebre a základmi modernej fyziky, najmä Feynmanovým priestoročasovým prístupom ku kvantovej fyzike a Einsteinovou teóriou relativity.

Cieľ

Ťažiskom práce doktoranda bude štúdium, výber a príprava vzdelávacích aktivít s podporou experimentov v oblasti fyziky mikrosveta. Z pohľadu výskumu bude hlavným cieľom výskum možností implementácie nového obsahu v oblasti fyziky mikrosveta do učebných osnov s následnou analýzou vplyvu a efektívnosti zvolených metód a technológií.

Literatúra

[1] R. Chabay and B. Sherwood, Matter & Interactions. 4th ed. New York, NY, USA: Wiley, 2020. ISBN 978-1-119-08081-7. [2] M. G. Jones, Nanoscale Science: Activities for Grades 6-12. Arlington, VA, USA: NSTA Press, 2007. ISBN 978-1-933531-05-2. [3] T. A. Moore, Six Ideas that Shaped Physics: Units C, N, E, T, R, Q. 3rd ed., Vols. 1–6. Boston, MA, USA: McGraw-Hill Education, 2022. ISBN 978-1-26-488144-4. [4] C. Hughes, J. Isaacson, A. Perry, R. F. Sun and J. Turner, Quantum Computing for the Quantum Curious. London, UK: Springer International Publishing, 2021. ISBN: 978-3-030-61600-7. [5] D. Prutchi, Exploring Quantum Physics through Hands-on Projects. John Wiley & Sons, 2012. ISBN 978-1-118-14066-6.

Školiteľ

doc. RNDr. Jozef Hanč, PhD.