Prosiectau PhD Ffiseg Faterol

Dyma rai prosiectau PhD nodweddiadol a gynigir mewn Ffiseg Faterol. Gall prosiectau penodol amrywio o flwyddyn i flwyddyn, ac mae’n bosib y cynigir prosiectau cysylltiedig ar ôl ymgynghori â’r athrofa.

Am ragor o wybodaeth cysylltwch â ni ar imaps@aber.ac.uk.

Rhyngwynebau diamwnt-graffin

Arolygydd: Yr Athro Andy Evans

Nod y prosiect hwn yw creu ffilmiau epitacsiol o raffin o drwch rheoledig ar arwynebeddau diemyntau. Yn un o brosiectau presennol yr EPSRC, dangoswyd fod arwynebau (111) ac (001) diemwntau yn gallu darparu’r templed strwythurol a’r ffynhonnell o garbon i dyfu ffilmiau epitacsiol. Mae’r ffilmiau sy’n deillio o hyn o ansawdd strwythurol ac electronig uchel iawn, a gellir pennu nifer yr haenau o garbon sp2 yn fanwl gywir. Mae’r broses yn cael ei rheoli’n thermol a’i chyfryngu gan haenen nano-raddfa o fetel trosi sy’n gweithredu fel catalydd. Edrychir ar wahanol geometregau templedu ac amodau cynhyrchu, a nodweddir y strwythurau gan XPS, ARPES, LEED a Raman. Bydd y project hefyd yn defnyddio dulliau ymbelydredd syncrotron uwch. Ariennir y prosiect am 4 blynedd trwy Ganolfan Hyfforddiant Doethuriaethol Gwyddor Ddiemyntau yr EPSRC.

Effaith yr arwyneb ar y golau a allyrrir o ddiemyntau

Arolygydd: Yr Athro Andy Evans

Mae dylanwad yr arwyneb ar y goleuni a allyrrir o ddiemyntau yn ystyriaeth bwysig mewn offer optegol sy’n gweithredu ar raddfeydd bach neu ar y lefel gwantwm. Gellir mesur nodweddion strwythurol a chyfansoddiadol arwynebau diemyntau gyda sensitifrwydd is-fonohaen trwy ddefnyddio dulliau electron, pelydr-x a stiliwr sganio; mae canfod y priodoleddau optegol yn fwy heriol. Gan ddefnyddio offer pwrpasol a ddatblygwyd ar gyfer astudiaethau optegol a phelydr-x o soledau trwy ddefnyddio ymbelydredd syncrotron, ac ar gyfer sbectrosgopeg electronau ar y safle, bydd y prosiect hwn yn astudio allyriannau optegol ac electronau o’r ardal ger arwynebau’r samplau o ddiemyntau a baratoir ac a nodweddir ar y safle. Ariennir y prosiect am 4 blynedd trwy Ganolfan Hyfforddiant Doethuriaethol Gwyddor Ddiemyntau yr EPSRC.

Dadansoddi lled-ddargludyddion organig gyda sbectrosgopeg electronau

Arolygwyr: Yr Athro Andy Evans a Dr Dave Langstaff

Mae defnyddio deunyddiau organig megis polymerau a chrisialau molecylaidd yn hytrach na lled-ddargludyddion anorganig confensiynol eisoes wedi arwain at welliannau ym mherfformiad ystod o ddyfeisiau optoelectronig ac electronig. Bydd y prosiect hwn yn datblygu synhwyrydd electronau aml-sianel integredig i gynnal dadansoddiadau cyflym ar dwf ffilmiau tenau o led-ddargludyddion organig ar arwynebau lled-ddargludyddion anorganig. Bydd y prosiect hefyd yn cynnwys llunio strwythurau deuodau lled-ddargludyddion organig a mesur eu priodoleddau trydanol ar y safle. Er y bydd y rhan fwyaf o’r gwaith arbrofol yn cael ei wneud yn y labordy Ffiseg Faterol yn Aberystwyth, treulir rhywfaint o amser mewn sefydliadau partner.

Lled-ddargludyddion Organig

Arolygydd: Dr Chris Finlayson

Mae lled-ddargludyddion organig yn ddosbarth technolegol bwysig o ddeunyddiau polymerig. Gellir eu defnyddio fel dewis rhatach yn lle optoelectroneg sy’n seiliedig ar silicon. Bydd y prosiect PhD hwn yn ceisio edrych ar gyfeiriadau newydd ym maes optoelectroneg, trwy ymchwilio i ddyluniadau uwchfolecylaidd datblygedig a thechnolegau newydd i ddyddodi deunyddiau (e.e. electrochwistrellu haenau). Mae amrywiaeth eang o ddulliau sbectrosgopig, stiliwr sganio, a modelu damcaniaethol ar gael yn yr Athrofa Mathemateg, Ffiseg a Chyfrifiadureg i’w defnyddio ar gyfer yr ymchwil hwn.

Deunyddiau Ffotoneg Newydd

Arolygydd: Dr Chris Finlayson

Mae cyfreithiau clasurol optigau yn peidio â bod yn berthnasol yn achos deunyddiau sydd wedi’u strwythuro ar raddfa is-ficron tonfeddi golau – a elwir yn aml yn “grisialau ffotonig”. Golyga hyn fod effeithiau newydd yn bosibl megis lliwiau strwythurol, bylchau-band ffotonig, a chyfnewid optegol. Mae’r prosiect PhD hwn yn seiliedig ar broses newydd i greu crisialau ffotonig sy’n dibynnu ar hunan-gydosodiad sfferau plastig o faint is-ficron, sy’n ei gwneud yn bosibl i gynhyrchu haenau “opalau polymer” metrau o hyd. Bydd y myfyriwr yn defnyddio astudiaethau optegol, opto-fecanyddol, a damcaniaethol manwl i ddatblygu ein dealltwriaeth o briodoleddau systemau o’r fath.

Sbectrosgopeg Ynni Electronau Amser Real (REES) gan ddefnyddio Synwyryddion Amlsianel

Arolygydd: Dr Dave Langstaff

Mae synhwyrydd unigol tua 100 gwaith yn llai effeithiol wrth fesur sbectrwm na chasgliad o 100 synhwyrydd. Yr unig ffordd o gynhyrchu’r cylchedwaith helaeth sydd ei angen i redeg llawer o synwyryddion ar ffurf fechan yw trwy eu hintegreiddio ar silicon. Mae Aberystwyth yn chwarae rhan flaenllaw wrth ymchwilio a datblygu casgliadau o synwyryddion wedi’u hintegreiddio’n llawn ar sglodion silicôn, ynghyd â’r holl electroneg rheoli a storio data cysylltiedig. Ers 1985, rydym wedi datblygu casgliad sy’n cynnwys 384 o synwyryddion wedi’u hintegreiddio’n llawn ar sglodyn silicôn, ac erbyn hyn rydym yn gwybod sut i gynhyrchu casgliad hyd yn oed yn fwy ar un sglodyn.

Mae’r rhan fwyaf o gymwysiadau modern sbectronomeg yn gofyn am ddata o’r ansawdd uchaf posibl, ac felly mae nodweddu’r casgliadau o synwyryddion a darparu gwybodaeth syml a chywir yn hanfodol. Ni ellir datblygu’r synwyryddion yn effeithlon hyd nes y rhoddir ystyriaeth gyfartal i bob rhan o’r mesuriad - y lluosydd, allddarlleniadau electroneg (aräe), electroneg caffael data, a phrosesu/symleiddio data. Gallai gwendid yn un o’r elfennau hyn arwain at golli cyfle. Am tua 30 mlynedd ers cyflwyno synwyryddion MCP a chasgliadau o synwyryddion, ni lwyddwyd i ddatrys problem diffyg unffurfiaeth (sydd bob amser yn bresennol mewn casgliadau o synwyryddion) nes y gwaith hwn yn Aberystwyth. Yn flaenorol, cywirwyd diffyg unffurfiaeth trwy, er enghraifft, symud sbectrwm ar draws y casgliad o synwyryddion fel bod pob synhwyrydd yn profi pob rhan o’r sbectrwm, ond mae hyn yn tanseilio symlrwydd ac effeithlonrwydd y casgliad ac nid yw’n adfer cydraniad sbectrwm y digwyddiad. Mae model mathemategol newydd o’r broses fesur a ddatblygwyd yn Aberystwyth wedi’i gwneud yn bosibl i symleiddio sbectra a fesurir lle nad yw’r synwyryddion yn unffurf, a bydd y model hwn nawr yn cael ei ddatblygu ymhellach i lunio algorithm a fydd yn cywiro diffyg unffurfiaeth ac aflinoledd ar yr un pryd.

Strwythur hylifau a deunyddiau amorffaidd o dan amodau eithafol 1: Dylanwad pwysedd

Arolygydd: Dr Martin Wilding

Mae tystiolaeth anuniongyrchol i awgrymu y gall strwythurau hylif newid yn sydyn o dan bwysedd. Byddai gan newidiadau strwythurol o’r fath oblygiadau pwysig i briodoleddau cludo hylif; gludedd, trylediad a dargludedd trydanol. Un o ddylanwadau pwysedd yw newid strwythur hylif yn ysbeidiol dros gyfnod byr, neu trwy drosiad hylif-hylif o’r radd-gyntaf: amryffurfedd yw’r enw am y ffenomen hon.

Nod y cynnig hwn yw defnyddio’r technegau llwyddiannus sydd eisoes wedi cael eu datblygu i ymchwilio i strwythur deunyddiau amorffaidd dan bwysedd er mwyn edrych ar y newidiadau strwythurol sy’n gyfrifol am amryffurfedd. Yn benodol, byddwn yn mynd i’r afael â phedwar cwestiwn:

Beth yw’r newidiadau strwythurol sy’n digwydd pan gywasgir deunyddiau amorffaidd?
Ydy newidiadau mewn trefn amrediad byr (rhif cyd-drefnol) neu drefn amrediad canolig yn gyfrifol am newidiadau amryffurf?
Ydy’r newidiadau strwythurol yn adlewyrchu trefn gemegol neu strwythurol?
Ydy newidiadau mewn deinameg (trosiadau hyblyg-anhyblyg) yn yr un amrediad pwysedd yn gysylltiedig ag amryffurfedd?

Y prif dechnegau arbrofol fydd diffreithiad niwtronau a phelydr-x. Gwneir y mesuriadau diffreithio ar y safle a bydd angen defnyddio cell pwysedd uchel (Paris-Caeredin) i’w ddefnyddio mewn ffynonellau pelydr-x syncrotron a niwtron cenedlaethol.

Strwythur hylifau a deunyddiau amorffaidd o dan amodau eithafol 2: Dylanwad tymheredd

Arolygydd: Dr Martin Wilding

Mae priodoleddau macroscopig hylifau, megis eu gludedd a’u priodoleddau thermodynamig, yn adlewyrchu eu strwythur microsgopig. Fel y gwyddwn, mae gludedd hylif yn newid o ganlyniad i’r tymheredd, ond mae natur y ddibyniaeth hon ar dymheredd yn amrywio. Er ei bod yn syml, mewn egwyddor, i gysylltu strwythur hylifau a gludedd, nid oes cysylltiad wedi cael ei brofi. Mae hyn oherwydd nad oes llawer o astudiaethau wedi’u cynnal ar strwythur hylif in situ, ac mae hyd yn oed llai o astudiaethau ar batrymedd hylif tra-oeredig, lle mae’r priodoleddau cludo megis gludedd yn newid fwyaf cyflym.

Gellir cyfuno ymddyrchafael di-gynhwysydd gyda thechnegau pelydr-x syncrotron i ganfod strwythur hylif, ac rydym wedi defnyddio gwasgariadau pelydr-x bach ac ongl lydan yn Synchrotron Radiation Source, Daresbury (DU) yn llwyddiannus i ymchwilio, am y tro cyntaf, y trosiad mewn hylif Y2O3-Al2O3. Mae’r gyfres hon o arbrofion wedi dangos bod y signal ongl fach yn cynyddu ar adeg y trosi, sy’n arwydd o amrywiadau mewn dwysedd a rhai newidiadau ymddangosiadol yn y signal ongl lydan.

Nid oes gan hylifau drefn amrediad hir a’r cyfnodoldeb sy’n nodweddu’r cyflwr grisialog. Er bod diffreithiant niwtronau yn ddelfrydol, mae’r signal gwasgaredig yn wan ac mae gofyn am amseroedd cyfri hir i gael ystadegau rhesymol. Mae pelydrau-x ynni uchel yn debyg i niwtronau yn yr ystyr eu bod yn treiddio i samplau hylif ac yn gweithredu mwy fel swmp-chwiliedydd. Yn ogystal â hyn, gellir eu ffocysu a’u masgio i gael smotyn bach fel bod modd casglu data diffreithiant ar raddfa amser fer ar gyfer samplau megis sfferau hylif ymddyrchafedig. Mae pelydrau-x ynni uchel hefyd yn addas i astudio hylifau ocsid gan eu bod yn medru ymchwilio cydberthyniadau metel-metel (mae’r signal o ddiffreithiant niwtronau yn cael ei ddominyddu gan y gwasgariad o ocsigen), sy’n adlewyrchu gwahaniaethau mewn trefn amrediad canolig, hynny yw gwahaniaethau yng nghyfluniad unedau strwythurol unigol. Cynhaliwyd astudiaethau pelydr-x ynni uchel yn llwyddiannus ar hylifau ymddyrchafedig sefydlog, ond yr arbrawf arfaethedig hwn fydd y tro cyntaf inni ymchwilio i batrymedd tra-oeredig Y2O3-Al2O3.

Nod y cynnig hwn yw ymchwilio i strwythur hylifau ocsid yn y patrymeddau sefydlog a metasefydlog. Yma hefyd, rhoddir sylw i bedwar cwestiwn:

Beth yw’r gwahaniaeth rhwng y strwythur hylif sefydlog a metasefydlog (tra-oeredig)?
Ai newidiadau mewn trefn amrediad byr (rhif cyd-drefnol) neu drefn amrediad canolig yw’r rhain?
Eto, ac mewn perthynas â newidiadau a achosir gan bwysedd, a yw’r newidiadau strwythurol hyn yn adlewyrchu trefn gemegol neu strwythurol?
A oes newidiadau mewn dynameg?

Hunan-gydosodiad ffilmiau o nano-ronynnau a yrrir gan bolymerau

Arolygydd: Dr Rudi Winter

Nod y prosiect hwn yw defnyddio polymerau i greu casgliadau trefnedig o nano-ronynnau anorganig. Mae’r dull hunan-gydosod hwn yn defnyddio ymatebion y strwythurau cyd-bolymeraidd i ffactorau amgylcheddol, megis tymheredd ac asidedd, i symud nano-ronynnau anorganig i safleoedd a chyfluniadau penodol, gan ddibynnu ar y swyddogaeth a ddymunir. Un o’r prif gymwysiadau yw cyfeirio dyddodiad gronynnau ocsid dargludol tryloyw i lunio haenau trosi mewn offer ffotofoltäig. Bydd y prosiect yn cyfatebu’r strwythurau polymer a phriodoleddau’r ffilmiau sy’n deillio ohonynt gyda pharamedrau amgylcheddol trwy ddefnyddio gwasgaru pelydr-x ongl-fach a diffreithiant ffibrau, yn ogystal â diffreithiant niwtronau gyda samplau polymer wedi’u dewteradu’n ddethol, i gynhyrchu data strwythurol o ansawdd uchel mewn amgylcheddau rheoledig.

Bydd y myfyriwr yn gweithio’n agos gyda’n partneriaid yn Diamond Light Source, ‘beamline’ I22. Rhagwelir y bydd amser i gynnal 2-3 arbrawf syncrotron neu niwtron y flwyddyn (yn Diamond, Hahn-Meitner-Institut Berlin a Labordy Rutherford Appleton).

Dylai fod gan ymgeiswyr gefndir mewn naill ai ffiseg neu gemeg, a dylent fod yn awyddus i ddysgu agweddau o’r pwnc arall sy’n berthnasol i’r prosiect.

Technegau amrywio cyferbynnedd ar gyfer nano-gyfansoddion

Arolygydd: Dr Rudi Winter

Mae deunyddiau nano-strwythuredig yn cynnwys gronynnau bach iawn mewn matrics parhaus. Mae maint bach y gronynnau a’r gyfran fawr o ddeunydd sydd, o ganlyniad, wedi’u lleoli yn yr arwynebau a’r rhyngwynebau mewnol, yn gallu arwain at newidiadau dramatig ym mhriodoleddau’r deunyddiau hyn. Defnyddir nano-ddeunyddiau yn aml fel catalyddion neu am eu priodoleddau optegol tiwniadwy sy’n ddibynnol ar eu maint. Gan fod y rhyngwynebau mor ddylanwadol, rhaid datblygu technegau i ymchwilio arwyneb y strwythur yn benodol os ydym am ddylunio nano-ddeunyddiau â swyddogaethau rhagweladwy. Trwy amrywio’r cyferbyniad, gallwn amlygu atomau sydd wedi’u lleoli mewn gwedd benodol mewn deunydd heterogenaidd, cymhleth. Byddwn yn defnyddio cyfuniad o dechnegau gwasgaru pelydr-x ongl-fach afreolaidd (ASAXS) - techneg wasgaru sy’n defnyddio effaith gyseiniol ger ymyl amsugnol yr elfen - a diffreithiant niwtronau gydag amnewidiad isotopig i sefydlu strwythur y rhyngwyneb ar bob lefel - o atomau unigol hyd at lefel y gronynnau sy’n ffurfio’r wedd ronynnol osodedig. Cynhelir yr arbrofion hyn mewn canolfannau megis Diamond Synchrotron, Labordy Rutherford-Appleton a Helmholtz-Zentrum Berlin.

Astudiaeth diffreithiant in-situ ar sioc thermol a chyrydiad

Arolygydd: Dr Rudi Winter

Gan ddefnyddio diffreithiant pelydr-x, byddwn yn edrych, mewn amser real, ar ymateb deunyddiau i sioc thermol. Gall effeithiau o’r fath gynnwys trawsnewidiadau gwedd, amorffeiddio (neu hyd yn oed doddi lleol), a ffurfiad afleoliadau a holltau o ganlyniad i groniad pwysedd lleol. Byddwn yn defnyddio laser is-goch cryf i ddarparu’r gwres i sicrhau’r graddfeydd thermol a’r cyfraddau cynhesu uchaf posibl. Mae’r math hwn o ymchwil yn arwain at ddatblygu gwell deunyddiau ar gyfer gwahanfuriau thermol fel y rhai a ddefnyddir mewn ffwrneisiau toddi neu mewn tyrbinau. Defnyddir deunyddiau o’r fath fel cydrannau mawr ac fel haenau amddiffynnol tenau. I efelychu’r ail, byddwn yn cynnal arbrofion ar ffilmiau a gynhyrchwyd trwy dechnegau dipio ‘sol-gel’.

Yn ail gyfnod y prosiect, bwriadwn estyn y gell sampl i gynnwys atmosfferau adweithiol amrywiol. Bydd hyn yn ein galluogi i ymchwilio i gineteg adweithiau cyrydiad.

Modelu ewynnau llifol dau-ddimensiwn

Arolygydd: yr Athro Simon Cox, Dr I Tudur Davies

Mae ewynnau yn gyfarwydd i ni o’n profiad bob dydd, ond fe’u defnyddir hefyd ym myd diwydiant. Mae’r enghreifftiau yn cynnwys y broses arnofio i wahanu mwynau metel o greigiau, ac adfer olew o greigiau mandyllog. Cyfeirir yr ymchwil yn y maes hwn tuag at fodelu strwythur statig ewynnau dyfrllyd, ac yna edrych ar eu priodoleddau dynamig fel hylifau cymhleth.

Mae’r prosiect hwn yn cynnwys efelychiad rhifol o lif ewynnau ar raddfa-swigod. Mae’r cymwysiadau posibl yn cynnwys gwaddodi gwrthrychau nad ydynt yn sfferig drwy ddefnyddio ewyn, a phibau sy’n cynnwys cyfangiadau a chorneli fel y gwelir ym maes microhylifeg arwahanol. Mae angen datblygu algorithmau i wneud efelychiadau â llawer o swigod yn haws i’w rheoli. Gweler http://users.aber.ac.uk/sxc/foam.html am ragor o fanylion.

Arbrofion mewn rheoleg ewynnau: microhylifeg arwahanol

Arolygydd: yr Athro Simon Cox

Bydd y prosiect yn defnyddio ein cyfarpar arbrofol i astudio llifoedd ewynnau i ddeall sut mae swigod yn symud mewn rhigolau cul a throellog. Bydd y prosiect yn mesur gostyngiadau mewn pwysedd ac anffurfiadau mewn swigod; trwy amrywio geometreg y rhigol a chyfansoddiad cemegol yr ewynnau, bydd hyn yn ein galluogi i ddeall y grymoedd sy’n rhyngweithio o fewn y paramedrau hyn. Gweler http://users.aber.ac.uk/sxc/foam.html am ragor o fanylion.