Theoretical studies of rolled-up and wrinkled nanomembranes

Abstract

Title: Theoretical studies of rolled-up and wrinkled nanomembranes Author: Mgr. Peter Cendula Department: Department of Condensed Matter Physics Thesis Supervisors: Prof. Dr. Oliver G. Schmidt, Prof. RNDr. Václav Holý, CSc. Abstract : The thesis is devoted to three similar topics from the field of rolled-up and wrinkled nanomembranes. We start by recalling classical theory of thin plates, which will be used to describe deformation of nanomembranes. In the first topic, relaxation of internal strain is studied when a flat film is partially released from the substrate by etching the sacrificial layer underneath. Energetic competition of the tube and wrinkle shape is quantitatively investigated. Similar model is used to investigate the limiting maximum value of tube rotations. In the second topic, roll-up of initially wrinkled film is shown to favor tubes forming on the flat edge of rectangular wrinkled pattern, enabling precise control of tube position. Experiment is provided to justify our theoretical predictions. In the third topic, quantum well is assumed inside a wrin- kled nanomembrane. Shift of transition energy induced by lateral modulation due to bending strain is quantified, being of interest for strain-sensitive optical detectors and emitters. In addition, lateral localization of electron and hole due to...

Názov práce: Teoretické štúdie rolovaných a zvlnených nanomembrán Autor: Mgr. Peter Cendula Katedra: Katedra fyziky kondenzovaných látok Vedúci dizertačnej práce: Prof. Dr. Oliver G. Schmidt, Prof. RNDr. Václav Holý, CSc. Abstrakt: Táto dizertačná práca sa zaoberá tromi blízkymi témami z oblasti rolo- vaných a zvlnených nanomembrán. Najprv zhrnieme klasické poznatky z mechanickej teórie tenkých dosiek, ktoré budeme používať pri popise nanomembrán. V prvej časti študujeme relaxáciu vnútorného napätia membrány po jej uvoľnení od substrátu pomo- cou odleptania pomocnej medzivrstvy. Súperenie medzi rolovaním do trubičky alebo zvlnením je kvalitatívne vysvetlené energetickou úvahou. Podobný model je použitý aj na určenie maximálneho počtu otáčok rolovanej trubičky. V druhej časti teoreticky a experimentálne ukážeme ako rolovanie zvlnenej obdĺžnikovej vrstvy zvýhodňuje for- movanie trubičiek na plochej hrane zvlnenej vrstvy. To umožňuje precíznu kontrolu pozície trubičky na substráte. V tretej časti študujeme rozdelenie energie optického prechodu kvantovej jamy pozdĺž zvlnenej membrány ako následok meniacej sa ohy- bovej deformácie. Tento efekt môže byť vhodný pre optické detektory a žiariče citlivé na deformáciu. Dôsledkom ohybovej deformácie je tiež lokalizácia stavu elektrónu a diery v rôznych miestach pozdĺž...