fysikcentrum gÖteborg chalmers tekniska högskola och ... projects... · is the proposal and the...

Projektkatalogkandidatarbeten

2019FYSIKCENTRUM GÖTEBORGChalmers tekniska högskola och Göteborgs universitet

Chalmers tekniska högskola:Institutionen för fysik, Institutionen för mikroteknologi & nanovetenskap,

Institutionen för rymd- geo- och miljövetenskap

Göteborgs universitet:Institutionen för fysik

Fysikcentrum Göteborg

45 kandidatarbeten för dig!

Posterutställning i Canyon

Valet öppnarChalmersstudenter:Se Studentportalen

GU-studenter:Kontakta Martina Ahlberg för information om val av projekt.

Sista valdag

Besked om tilldelat projekt

Kandidatarbetet är det första riktigt stora arbete du gör som student under din utbildning. Utöver att tillämpa dina kunskaper i matematik, naturvetenskap och teknik, kommer du att få arbeta i projektform i grupp och presentera resultaten både muntligt och skriftligt. Kandidatarbetet brukar vara ett populärt inslag i utbildningen, med nöjda studenter och handledare! Projektförslagen kommer från de fyra samverkande institutionerna inom Fysikcen-trum Göteborg: Institutionen för fysik; Institutionen för mikroteknologi & nanovet-enskap och Institutionen för rymd-, geo- och miljövetenskap vid Chalmers samt Institutionen för fysik vid Göteborgs universitet. GU Fysiks projekt har av praktiska skäl fått projektnummer från Institutionen för fysik, Chalmers.

Den 12–16 november kommer det att finnas en posterutställning i Canyon i MC2. Utställningen kommer även att vara bemannad den 13 november mellan klockan 12.00–13.15.

Projektförslagen presenteras också på institutionernas webbsidor. Projekt-beskrivningarna på engelska utförs på engelska om inget annat anges. Som Chalmersstudent hittar du mer information om kandidatarbetet på Studentportalen.

Notera att de målgrupper som anges för projekten är preliminära. På Chalmers bestämmer de programansvariga vilka projekt som är godkända för respektive program.

Du som är Chalmersstudent kommer att få besked om tilldelat projekt på Studentportalen. För studenter på GU Fysik bestämmer koordinator Martina Ahlberg vad som gäller.

Lycka till med ditt val och välkommen till oss 2019!

Koordinatorer för kandidatprojekt

12–16 nov

15 nov

26 nov

7 dec

VIKTIGA DATUM:

Mikroteknologi & nanovetenskapVessen Vassilevwww.chalmers.se/mc2Rymd-, geo- och miljövetenskapUlrika Lundqvistwww.chalmers.se/sv/institutioner/seeFysik, Chalmers Lena Falk, Jan Swenson www.chalmers.se/fysikFysik, GUMartina Ahlberg www.chalmers.se/fysik

Kandidatarbeten 2019, Fysikcentrum Göteborg4

SupervisorsJanine Splettstoesser, [email protected] Wieczorek, [email protected] Dept. of Microtechnology and Nanoscience

BackgroundA major question of sustainable technologies is how to harvest waste heat and to produce “use-ful” energy from it. With the rise of nanotechnol-ogy, researchers also start to investigate how to harvest heat at the nanoscale - possibly directly using “on-chip” technologies. The nano-optome-chanical device shown in the figure is an intriguing example for this, where one expects that heat can be absorbed from an optical bath and succes-sively used to produce electrical or mechanical work. A standard way to describe heat engines uses the theory of thermodynamics, which was developed more than a century ago to describe macroscopic machines. For nano-devices of our interest, a completely new picture arises: instead of macroscopic statistics, quantum fluctuations play a decisive role and are expected to lead to new functionalities.

Project descriptionOptomechanical devices provide a unique possibility to study heat engines at the micro- and nanoscale. This project investigates how the quantum properties of such devices can be exploited for heat-to-work conversion. In this setup, the opti-cal light field acts as an engineered heat bath. The working medium is a mechan-ical resonator, whose energy can be harvested by coupling to electronic degrees of freedom. We will calculate the heat flow between the device’s elements and find optimal conditions for an efficient heat-to-work conversion.

ActivitiesDuring this project, you will become familiar with the concept and theoretical description of heat engines in nanoscopic systems. The main goal of the project is the proposal and the analysis of a theoretical model for a nanomechanical heat engine based on an optomechanical system. This model shall be based on experimental parameters, which correspond to experiments performed at MC2.

Group size and target audienceCa. 3-4 students. F, GU-Fysik.

Literature tipshttps://www.quantamagazine.org/the-quantum-thermodynamics-revolution-20170502/https://www.nature.com/news/battle-between-quantum-and-thermodynamic-laws-heats-up-1.21720

Energy harvesting with a nano- optomechanical heat engine

MCCX02-19-01

Kandidatarbeten 2019, Fysikcentrum Göteborg 5

SupervisorsAndrei Vorobiev, [email protected] Bonmann, [email protected]

Xinxin Yang, [email protected] of Microtechnology and Nanoscience

Background The unique property of intrinsically high carrier velocity in graphene enables the possibility of much faster electronics than with traditional semiconductors. Combination of the high carrier velocity with graphene flexibility, offers many novel exciting applications. However, realization of the competitive GFETs is hindered by several factors, e.g. zero-bandgap and relatively high contact re-sistance. Design, materials and technology of the GFETs have to be developed to fully exploit the unique properties of graphene in the next generation of high frequency and flexible electronics.

Project description The objective of the project is development and experimental demonstration of the GFETs with advanced performance suitable for future wide bandwidth and wearable electronics. The project will be a part of the Graphene Flagship Core 2, which is the EU’s largest research initiative, tasked with taking graphene from laboratories into the market.

ActivitiesThe content of the work is tentative and will include some of the following specific tasks: study of literature in the field of graphene for high frequency and flexible electronics; learning e-beam lithography technique and thin film processing; design of GFETs optimized for low-noise RF amplifiers; fabrication of GFETs on Si and/or polymer substrates; dc and microwave on-wafer charac-terization of the GFETs; analysis and interpretation of results.

Group size3-4 students.

Target audience E, F, Kf, K, or corresponding GU programs.

Graphene transistors for future high frequency and flexible electronics

MCCX02-19-02

Integrated 200 GHz GFET mixer and amplifierKeynote talk at IRMMW-THz 2018 by M. Bonmann et al.

Flexible GFET THz detectorsMobile World Congress, Barcelona, 2018X. Yang et al. Appl. Phys. Lett. 111, 021102, 2017


BackgroundThe charge-carrier mobility µ is an important parameter for benchmarking semiconducting materials and also graphene. The mobility can be derived from the Hall-effect measurements1. This requires the magnetic field and a certain alteration of electrical connections to a sample².

Problem descriptionThere is no such a system in the clean room of MC2, while there are many research-ers working there and fabricating graphene and/or graphene transistors every day. It would be very valuable to have a Hall-mobility setup close at hand inside the clean room and be able to characterize graphene- and also semiconducting devices in a short time.

Work flowIn this project, a team of students will design and realize an electromechanical sys-tem for measurements of the charge-carrier mobility in two-dimensional (2D) conduct-ing materials like graphene, phosphorene, molybdenum disulfide and many other materials, also including 2D electron gas in classical semiconducting devices (i.e., MOSFET’s). The Hall mobility is one of the main parameters for benchmarking the materials. The project will roughly include 3 work packages (WP) regarding (1) mechanical parts, (2) electronics, and (3) programming. As an “acceptance” test, the team will grow graphene by CVD, transfer it to a substrate, attach contacts, and measure µ of graphene by using the new system. OutcomeIn the case the system will have a sufficiently professional appearance, it will be per-manently installed in the clean room of MC2 and will be accessible by all researchers. Also, this project might pave the way for commercialization of the system.

Team composition & pre-knowledge requirementsThe optimal number of students is 6 (2/WP). A team composed of students with com-plementary backgrounds (mechanical- and electrical engineering, physics, program-ming) is most suited for the project.

Hall-effect charge-carrier mobility measurement systemMCCX02-19-03

SupervisorAugust Yurgens, tel. 031-772 33 19 [email protected] Department of Microtechnology and Nanoscience

¹For the Hall effect in general, see Wikipedia & YouTube. ²For van der Pauw’s method, see e.g. Daniel W. Koon, Rev. Sci. Instrum. 60(2), 271 (1989) and references therein.


HandledareSergey Cherednichenko, [email protected] 031-772 84 99, MC2 rum C623

Inst. för mikroteknologi och nanovetenskap

Syftet med detta kandidatarbete är design, konstruktion och i praktiken använda ett av kompakt radioteleskop i mikrovågsområdet med kapabilitet att ”se” solens mik-rovågsstrålning och mäta solens yttemperatur.

Bakgrund Radiometriska metoder ligger i bakgrunden till fjärranalys i rymden både från fjärr-styrda rymdsonder och radioteleskop från marken. Dessa metoder tillåter att mättning av temperatur antingen på objekt som befinner sig lång bort eller på ytor så varma att ingen sond kan överleva kontakten med dem, inte minst att på så sätt ta fram data om ytans ämnen. Fördelen med mikrovågsstrålning över synligt eller infrarött ljus är förmågan att tränga igenom material och att se djupare in under ytan. En radiometer är i huvudsak en väldigt känslig radiomottagare, som med hjälp av en antenn samlar in radiovågor som kommer från objekten under test, t.ex. solen eller månen. Antenn-ensstorleken definierar den synvinkel eller, i fackspråket, vinkelupplösning. Tror ni att man med vardagskomponenter kan bygga en mottagare som liknar de som används på ESA/NASA rymd sonder? Då, har ni rätt. Men, med detta projekt skall ni bevisa att ni kan designa och bygga en sådan mottagare. På MC2 utvecklar vi flera komponenter och system som har flugit i rymden eller som används i moderna rymdforskningsprojekt. Under kandidatsarbetet skall ni få möj-lighet att bekanta er med toppforskning inom ämnet mikrovågsteknologi.

ArbetssättI första hand kommer ni få en överblick över: antenn grundläggande egenskaper, termisk strålning, mikrovågsmottagardesign och karaktärisering metoder. Baserat på det vetenskapliga problem som skall lösas (t.ex. att mäta solens temperatur), skall radiometerkaraktäristiken fastläggas. Systemet skall byggas och demonstreras. Andra kunskaper som utvinns: digital datainsamling, LabView programmering, arbete i grupp. Gruppstorlek3-5 studenter.

MålgruppStudenter med intresse för högfrekvens (mikrovågs) elektronik, fysik, och kommer att ge ett försprång för dem som planerar att fortsätta på mastersprogrammet Wireless, Photonics and Space Engineering.

Mikrovågsradiometer: termometer för universum MCCX02-19-04


Tror ni att ni kan bygga ett enkelt teleskop kapabelt att detektera emissionen från väteatomer i vår egen galax eller från solen? Då får ni testa! Syftet med detta kan-didatarbete är att designa, bygga, och använda i praktiken ett mikrovågs teleskop för att ”se” spektrum av atomiskt väte som kommer från rymden.

BakgrundVäte är det mest frekventa ämnet i universum, och det finns i interstellära moln likaså i stjärnor (bl.a. solen). Atomiskt väte strålar ut den lägsta frekvens radiolinjen på 1420 MHz (1.42GHz) och faller just i det spektralt område var känsliga mot-tagare går att bygga från kommersiella komponenter. I ett seriöst astronomiskt projekt använder man stora teleskop med tiotals meters storlek. Då får man en avbildning av t.ex. Vintergatan i olika ämnesfördelning. Olika delar av galaxen rör sig med olika hastighet och då kan man mäta det från spektrallinjeskift (Doppler-skift). Fördelen med vätelinjen på 1.42GHz är att jordatmosfären är helt transpar-ant i mikrovågsfrekvensområdet och stör inte observationer. Men kan man bygga ett 1.42GHz teleskop som faktiskt kan tillåta det? Det blir ert projekt! På MC2 utvecklar vi flera komponenter och system som har flugit till rymden eller används i de moderna rymdforskningsprojekten. Under kandidatsarbetet skall ni få möjlighet att bekanta er med den senaste forskningen inom mikrovågsteknologi. ArbetssättI första hand kommer ni att lära er antennbasegenskaper, mikrovågsmottagaren, design och karakteriseringsmetoder. Teleskop skall designas och byggas med kommersiella komponenter. Datainsamling och analys skall utvecklas. Systemet skall testas med sol och galaxobservationer.

Gruppstorlek 3-5 studenter. Målgrupp Studenter med intresse för högfrekvens (mikrovågs) elektronik, fysik, programmer-ing. Ni får insyn till avancerad forskning som pågår på Institution för Mikroteknologi och Nanovetenskap. Det ger ett försprång för dem som planerar att fortsätta på masterprogrammet Wireless, Photonics and Space Engineering.

Astronomisk mikrovågsmottagare för galaktiskt väte

MCCX02-19-05

HandledareSergey Cherednichenko, [email protected] 031-772 84 99, MC2 rum C623

Inst. för mikroteknologi och nanovetenskap

Haffner, L. M. et al, 2003, Astrophysical Journal Supplement, 149, 405; http://www.eso.org/public/news/eso1518/


HandledareDan Kuylenstierna, [email protected] Hjelmgren, [email protected] Inst. of Microtechnology and Nanoscience

BakgrundHjärta och lungor utgör centrala delar i kroppens energiförsörjning. Tillsammans med blodtryck och kropps-temperatur räknas andnings- och hjärt-frekvens till kroppens fyra vitalparametrar. Vid en förändring av kroppens belastning, t.ex. vid sjukdom eller fysisk ansträngning ändras andnings- och hjärtfrekvens genom kroppens sympatiska/parasym-patiska nervsystem. Att kunna mäta dessa variationer trådlöst med en icke-invasiv teknologi är av högsta intresse inom såväl sjukvård som friskvård. Sedan 70-talet har det varit känt att mikrovågsradar kan användas för detta syfte. Nyligen demonstrerades hur radar kan återge hjärtljuden på samma sätt som ett stetoskop1.

ProblembeskrivningEtt radarsystems upplösning beror på systemets bandbredd, vilken är starkt beroende av radarns bandbredd. Högre frekvens ger generellt högre upplösning samtidigt som inträngningsdjupet påverkas. För att mäta hjärt- och andnings-frekvens ska frekvensen vara hög nog för att kunna återge bröstkorgens rörelser samtidigt som signalen inte bör blockas av kläder. Inom detta projekt ska ni bygga en kostnadseffektiv radarmodul som kan återge hjärtljud genom kläder på en me-ters avstånd och presentera resultatet via ett interaktivt användargränssnitt, t.ex. på en mobiltelefon.

ArbetssättNi kommer arbeta med kommersiella radarkomponenter integrerade med en mikrodator som kommunicerar trådlöst med en mobiltelefon för styrning av radarn. Under projektets gång kommer ni göra en noggrann förstudie för att välja kompo-nenter som ger tillräcklig avståndsupplösning, designa mönsterkort, programmera en mikrodator och en mobiltelefon. Ni kommer också få utvärdera elektroniken med moderna mätinstrument. Ni kommer att ta fram ett elektroniskt byggsätt och mäta strålningsmönster från antennen. Målet är att projektet ska resultera i en användvänlig radardemonstrator som kan utvärderas vid medicinska/fysioligiska tester samt användas som demonstrator vid studentrekrytering.

Gruppstorlek och målgrupp3-6 studenter.Projektet är lämpligt för studenter från E, F, Z, och M.

1 https://www.nature.com/articles/s41598-018-29984-5

Software defined radar för mätning av hjärt- och andningsfrekvens MCCX02-19-06


SupervisorPer Rudquist, [email protected] B511, phone 031- 772 33 89 Dept. of Microtechnology and Nanoscience

BackgroundWhen a nematic liquid crystal is doped with a chiral1 dopant, the molecular chiral-ity is transferred to macroscopic scales, (Fig. 1b). The pitch p of the induced helix is inversely proportional to the chiral dopant mole fraction xd according to p(c)≈1/(xd ᵦ), where ᵦ=∂p-1/∂xd |xd=0 is the twisting power of the dopant 2.3.

Task In this project, you will focus on the issue of detection of chiral induction from dopants at very small concentrations, e.g. down xd ≈0.001, and extremely small ᵦ, where p can be expected to be as long as several tens of mm. You will develop highly sensitive methods for pitch measurement 4,5,6. Activities Prestudy of chiral induction in liquid crystals and existing techniques for pitch measurements. Cleanroom manufacturing of sample cells, mixing of chiral do-pants into nematic hosts, sample preparations, microscopy, method development. The dopants used in the project may be chiral molecules in general, pharmaceuti-cal molecules, chiral nanoparticles, and photo-switchable molecules. Group size and target audience 3-4 students. F, Kf, K, or corresponding GU programs.

Studies of chiral induction in liquid crystals

MCCX02-19-07

Fig. 1 (a): Nematic and (b) chiral nematic LC

Fig. 2. In sessile nematic droplets the shape of a topologic defect line reveals the sign of chirality⁶.LC

1 Chirality means lack of mirror symmetry

2 A. Ferrarini, G Moro, P Nordio. Simple molecular model for induced cholesteric phases. Phys. Rev. E (1996), 53, 681-688.3 M. Osipov, H.-G- Kuball, Eur. Phys. J. E. Soft Matter Biol. Phys,. (2001), 5, 589-5984 Raynes, E.P. Liq. Cryst. (2006), 33, 1215-1218.5 S.Suh, K. Joseph, G. Cohen, J.Patel. Appl. Phys. Lett. (1997), 79, 2547-25496 P. Rudquist, C. F. Dietrich, A. G. Mark, F. Giesselmann, Chirality detection using nematic liquid crystal droplets on anisotropic surfaces, Langmuir, (2016), 32, 6140-6147


SupervisorsJonas Bylander, [email protected] Shiri, [email protected]

Dept. of Microtechnology and Nanoscience

BackgroundAre you interested in working with Simulink® to study the building block of a quantum computer? Josephson Junction (JJ) is used to build an artificial macroscopic atom with 2 distinct ground and excited states which are harnessed as a unit of quantum bit (Qubit). Also there are many applications of this element in astronomy, medical devices, and microwave circuits e.g. SQUIDs are used in MRI, definition of universal voltage standard. Continued interest in Rapid Single Flux Quantum (RSFQ) logic to build superconducting microprocessors is also another trend of technology based on JJs. Electronics engineering community still needs and benefits from an analog simulation of JJ with an easy-to-grasp black box or circuit module.

Problem descriptionIn this project you learn the physics of JJ and work on emulating the nonlinear differential equations relating voltage, current and phase (magnetic flux) using building blocks of Simulink®. You also learn and reengineer the already-existing tried and true methods to model JJ e.g. “switch type”, “multiplication type” and “lock-in-amplifier type”. Modus Operandi Three up to 6 students work on 3 models, implement them in Simulink, and then simulate a circuit composed of JJ which could be:1- An RSFQ logic gate based on JJ.2- Arrays or rings of JJ (DC-SQUID as an example). This is a unique opportunity for you to learn physics of Josephson junction through simulating their behavior to obtain their voltage & current characteristics. Simulink® is a widely used simulation tool in industry e.g. automotive, power, automation, monitoring and control engineering. Group size 3-6 students. Target audience Students from Physics and/or Electrical Engineering Departments may apply for this project. Prerequisites Circuit theory, differential equations, knowing MATLAB is a plus.

Analog Simulation of Josephson junctions using Simulink® MCCX02-19-08


SupervisorsPer Lundgren, [email protected] Smith, [email protected]

Agin Vyas, [email protected] of Microtechnology and Nanoscience

BackgroundAs microsystems shrink and become increasingly integrated, they have ever-increasing power demands. Envisioning an entirely IoT based platform would re-quire a self-sustaining battery that incorporates an energy harvesting and storage unit on a single chip. Interfacing of these devices requires an application-specific integrated circuit (ASIC).

Project descriptionThe objective of this thesis is to design and analyse a power management unit that rectifies the AC output of the energy harvester into a DC voltage and trans-fers the rectified voltage to the supercapacitor for storage. The supercapacitor would be connected to a load, e.g. a wireless sensor.

ProcedureThe applicants should be pursuing a Bachelors’ program in Engineering Physics, Electrical Engineering, Systems Control Engineering, or related subject. Courses on Analog Circuit Design and SPICE experience are an advantage.


Target audience and Special prerequisitesThe project is suitable for students from E, F, Z, and M.

Design and Analysis of Power Management Units for self-sustaining power supplies for IoT application

MCCX02-19-09


HandledareJan Grahn, [email protected]. 031- 772 10 55

Terahertz- och millimetervågsteknik,Inst. för mikroteknologi och nanovetenskap

BakgrundI en kvantdator används lågbrusiga mik-rovågsförstärkare för att läsa ut kvantbi-tar (qubits) med extremt låg signalstyrka i storleksordningen attowatt. Idag förbrukar denna förstärkare alldeles för mycket effekt (mW). Skulle effekten kunna sänkas radikalt möjliggörs ny systemdesign för utläsning av qubits i en kvantdator.

ProblembeskrivningTransistorn är den kritiska komponenten i förstärkaren. Transistorn är designad för lägsta möjliga brus. Om vi kan optimera transistorn för att arbeta vid lägre ström-spänning finns möjlighet att sänka effekten i förstärkaren. Detta måste avvägas mot försämrad känslighet i förstärkaren. Genom mätning och analys av transistorns egenskaper vid låg effekt kan viktiga slut-satser dras om design av en framtida transistor för utläsning av qubits.

ArbetssättAtt sätta sig in i funktionen hos en lågbrusig mikrovågstransistor av så kallad HEMT typ. Att mäta olika transistorer och extrahera grundläggande parametrar såsom transkonduktans och on-resistans. Studera transistorns mikrovågsegen-skaper och dess inverkan på förstärkarens egenskaper. Målet är att ge guidelines för hur man kan optimera transistorn för en tänkt användning i en förstärkare som används för qubit utläsning i en kvantdator. Projektet utförs i en forskargrupp på MC2 i samverkan med ett företag i Göteborg, Low Noise Factory AB.

Gruppstorlek3 studenter.

MålgruppFrämst E- och F studenter åk 3 med intresse för elektronikkomponenter, halvledarfysik och elektriska mätningar. Litteraturtipshttps://en.wikipedia.org/wiki/High-electron-mobility_transistor

Transistorer för kvantdatorer MCCX02-19-10


HandledareCathy Horellou, [email protected] Phone: 031-772 55 04

BackgroundWe are involved in XXL, an international collabo-ration centered on an extensive X-ray program with the XMM-Newton satellite. Two areas of the sky (of 25 square degrees each) have been sur-veyed across the entire electromagnetic spectrum using ground-based and space-borne telescopes. So far, the 365 brightest clusters of galaxies and the 26 000 brightest Active Galactic Nuclei (AGN) have been identified. AGN are powered by material accreted onto black holes at the centers of galaxies. The XXL dataset, because of its completeness and multiwavelength coverage, is a goldmine for extragalactic and cosmological studies.

Problem descriptionThe goal is to study powerful radio galaxies in the northern field of XXL, XXL-North. High-quality images obtained with the Giant Metrewave Radio Telescope in India are available. The emission is produced by relativistic electrons spiraling along magnetic field lines. The focus will be on extended sources with diffuse ra-dio lobes. Those lobes are fed by jets emanating from the central black hole and extend to several hundreds of kpc (1 kpc is about 3 000 lightyears), well beyond the host galaxy. What happens in the galactic nuclei? How do the radio lobes interact with the hot (100 million K) X-ray emitting surrounding medium?

MethodsThe work will involve a characterization of a few well-selected sources in XXL-North. The study will not be limited to the radio data but will exploit the multiwave-length nature of XXL to learn about the physical processes in AGN and radio galaxies.

Group size3-4 students. Target audience E, F, GU-Fysik. Projektet kan utföras på svenska. LitteratureThe XXL survey: http://sci.esa.int/xmm-newton/60686-tracing-the-universe-x-ray-survey-supports-standard-cosmological-model/Article that grew of a kandidatarbete in 2017 (the figure taken from this article): http://adsabs.harvard.edu/abs/2018arXiv180708653H

Radio galaxies and supermassive black holes in XXL-North

Department of Space, Earth and Environment

SEEX15-19-01


SupervisorEva Wirström, [email protected] Per Bjerkeli, [email protected]


BakgrundSolsystemets största planet, Jupiter, har tre stora, kalla månar, Europa, Ganymedes och Callisto, som alla potentiellt kan ha flytande vatten-hav under sina isiga ytor, och därmed möjligen härbergera liv. På den innersta av dessa, Europa, har man sett tecken på att gejs-rar av is och gas tränger igenom ytan och tillför vatten i atmosfären. För att undersöka dessa månar närmare kommer ESA år 2022 skicka sonden JUICE (Jupiter ICy moons Explorer) till Jupitersystemet med tio olika instrument. Ett av dessa är SWI (Submillimetre Wave Instrument): en parabolantenn kopplad till en spektrometer som kan detektera vatten i månarnas tunna atmosfärer.

ProblembeskrivningJUICE-sondens bana i Jupiter-systemet kommer succesivt göras mindre genom passager nära de stora månarna, så kallade fly-bys. Varje fly-by ger en unik möjlighet att studera just den månen, men geometriska faktorer, såsom vid vilken månlatitud passagen sker och om den passerar den solbelysta sidan eller ej, kommer ha stor betydelse för hur observationerna med SWI ska göras. Er uppgift är att identifiera, visualisera och i detalj undersöka geometrier för observationer av de isiga månarna vid unika events såsom fly-bys, föreslå observationsstrategier, samt simulera hur vattenspektra med SWI kan komma att se ut för dessa.

ArbetssättNi kommer använda ett open-source program för visualisering av solsystemets kroppar i 3D tillsammans med ban-data för JUICE-sonden. Detta scriptas i py-thon. Vatten-spektra kommer simuleras baserat på en lokalt utvecklad modell för strålningstransport. Gruppstorlek3–4 studenter.

Målgrupp F, GU-fysik eller motsvarande.

Vill du ha en egen måne? SEEX15-19-02


HandledareLeif Eriksson, [email protected] Anis Elyouncha, [email protected]

Mikrovågs- och optisk fjärranalys,Inst. för Rymd-, geo- och miljövetenskap

BakgrundAtt förstå dynamiken hos havsytan är mycket viktigt för väderprognoser, far-tygsnavigering etc. På grund av havens storlek är mätningar på plats otillräckliga och dyra. Ett alternativ för att mäta vind, vågor och strömmar vid havsytan är att använda satelliter med radar. God förståelse för den elektromagnetiska spridningen ifrån havsytan krävs för att konstruera modeller och omvandla radarmätningar till fysikaliska parametrar.

ProblembeskrivningDielektriska och geometriska egenskaper hos en yta kan beskrivas med dess radartvärsnitt och Dopplerskift kan användas för att mäta ytans rörelser. Målet för detta projekt är att göra numeriska simuleringar av radartvärsnittet och Dopplers-pektrat för tidsberoende realiseringar av havsytan och jämföra dessa simuleringar med existerande teoretiska modeller. Modellerna som kan studeras är ”Two Scale Model” (TSM) och ”Small Slope Approximation” (SSA-1).

Arbetssätt Implementering av ytspridningsmodellerna TSM och SSA-1 i Matlab eller Python. Analys av resultatet ifrån dessa modeller som funktion av frekvens, infallsvinkel och polarisation. Uppsättning av tidsberoende realiseringar av havsytan baserat på en matematisk funktion och ett givet vågspektra för havsytan. Numerisk simulering av radartvärsnittet och Dopplerskiftet i programvaran FEKO. Jämförelse av resul-taten från simuleringarna och modellerna. Analys av radartvärsnittets och Doppler-skiftets beroende av vind och vågor och observationsgeometri.

Gruppstorlek 3-4 studenter per grupp. Max två grupper.

Målgrupp Elektroteknik (E), Teknisk fysik (F), Teknisk matematik (TM), Datateknik (D), GU-fysik. Gärna intresse för programmering.

Numerisk studie av elektromagnetisk spridning ifrån havsytanSEEX15-19-03


HandledareMatthias Maercker, [email protected] Institutionen för Rymd-, geo- och miljövetenskap

BakgrundSolliknande stjärnor som befinner sig i slutstadiet av sina liv blåser ut en stor del av sin massa i rymden i en stark, långsam vind. Vinden består av stoftkorn och mole-kylär gas, som bildats i stjärnans atmosfär av grundämnen som skapats inuti stjärnan. Genom dessa vindar bidrar stjärnor till den kemiska utvecklingen av galaxer och uni-versum, och ger grunden för utvecklingen av liv i universum. Att studera molekylerna och stoftet kring gamla stjärnor är grund-läggande för att förstå utvecklingen av galaxer och uppkomsten av liv.

ProblembeskrivningProjektet fokuserar på frågan om hur mycket massa olika stjärnor bidrar till rymden. Hur mycket stoft bildas kring solliknande stjärnor, och hur ser stoftet ut? Vilka molekyler finns i stoftet och hur mycket av materian återförs till rymden? På vilket sätt bidrar stoftet och molekylerna till den kemiska utvecklingen av vintergatan och andra galaxer, och uppkomsten av liv i universum?

Arbetssätt Projektet genomförs genom att använda de verktyg som finns för att analy-sera data från ALMA-teleskopet i Chile, och de datormodeller som finns för att beskriva strålningen från stoft och molekyler kring gamla stjärnor. Resultaten sätts i sammanhang med kunskap om gamla stjärnor och deras påverkan på det interstellära mediet och utvecklingen av galaxer.

Gruppstorlek 3-6 studenter. Skulle kunna dubbleras.

Målgrupp F, Fysik GU. Inga särskilda förkunskaper krävs. LitteraturtipsMer information om ALMA och gamla stjärnor finns här: http://www.almaobserva-tory.org/en/press-release/surprising-spiral-structure-spotted-by-alma/

Stoft och molekyler från döende stjärnor SEEX15-19-04

Stoft kring den gamla stjärnan R Hya. (RHya_PACS_blue.jpg)


HandledareDonal Murtagh, [email protected] 031-772 56 51

Inst. för Rymd-, geo- och miljövetenskap

BakgrundInom fjärranalysområdet används ofta s.k a-priori data som en utgångspunkt för omvandlingen av den uppmätta kvantiteten till en geofysisk storhet t. ex en vertikal profil av ozonhalten. Dessa in-data ska representera vår bästa gissning över det som ska mätas. Oftast tar vi dessa värden från en global modell. Då vill vi ha, låt oss säga profilen av ozon som är närmast i rymd och tid till mätningen. På grund av atmosfäriska rörelser så kan profilerna variera på korta tidsskalor så vi tar oftast medelvärdet över en viss tid.

ProblembeskrivningMålet är att skapa en API (Application Program Interface) där man anropar en viss URL och får tillbaka den rätta profilen. Programmet bakom APIn slår upp de rätta värdena i en databas som ni har skapat med hjälp av resultat från en klimatmodell.

Ni kommer att lära er om atmosfärsmodeller och hur halten av olika ämnen vari-erar över jordklotet och under året. Ni lär er också en del om enkla databaser och hur man server data till en användare.

Arbetssätt Ni kommer först att identifiera vilka kemiska ämnen som är av intresse, ladda ner från nätet resultat från en global modell samt sammanställa dessa i lämpliga tids och rums block. Dessa resultat läggs då en lämplig databasstruktur. Till slut skapas en använder gränssnitt.Projektet innebär en del programmering helst i python.

Gruppstorlek3-6 studenter.

MålgruppE , F, någon D-student i gruppen vore bra.

En klimatologisk API (Application Program Interface)SEEX15-19-05


SupervisorCathy Horellou, [email protected]: 031-772 55 04

BackgroundWe are involved in the LOFAR Surveys Key Science Project, an international collaboration centered on observations with the Low Frequency Array (LOFAR), a new-generation, largely digital radio telescope centered in the Netherlands with stations distributed across Europe, including On-sala. LOFAR will survey the entire northern sky at a frequency of 150 MHz (wavelength of 2 meters). 10% of the sky has been covered (2000 square degrees), and new images of stunning quality are available for immediate analysis. Most of the sources are star-forming galaxies and radio galax-ies powered by accretion onto a central supermassive black hole.

Problem descriptionThe goal of this project is to analyze LOFAR images of a small sample of well-selected galaxies with extended tidal tails. Optical images of such sources (see figure) show star formation all along the arms/tails that has been triggered in the gravitational interaction with a nearby galaxy companion. For the first time, the LOFAR data reveal low-frequency radio emission associated with those extended features. By analyzing these images, in conjunction with other data and possibly numerical simulations of colliding galaxies, it will be possible to relate the dynami-cal history with the star-formation history in the most outer regions of galaxies.

Method The work will involve 1) selection of a few interacting galaxies with tidal tails in field covered by LOFAR so far; 2) characterization of the radio emission in rela-tion to other star-formation tracers; 3) modeling the evolution of the radio-emitting electrons. The study will not be limited to the radio data but include comparison with other observations and dynamical simulations to constrain the physical processes.

Group size and Target audience3-4 students. E, F, GU-Fysik. Ability to code and automate calculations. Curiosity about the Universe! Projektet kan utföras på svenska. Literaturehttps://lofar-surveys.orgExample of a galaxy pair to be studied: https://apod.nasa.gov/apod/ap130803.html

Interacting galaxies with LOFAR: tidal tails at low frequencies SEEX15-19-06


Credit: Martin Pugh (Heaven’s Mirror Observatory), and Astronomy Picture of the Day 20130803.


BakgrundDet finns idag system som låter tittaren av olika idrottsarrangemang exempelvis få reda på hur långt olika idrottare har rört sig. Dessa system är emellertid relativt dyra och fungerar sämre inomhus och är därmed inte tillgängliga för alla klubbar i alla sporter. Det finns därmed ett behov av ett nytt, relativt billigt och användarvänligt system som ger idrottare, tränare och publik möjlighet att ta del av, exempelvis innebandyspelares, rörelsemönster under såväl match som träning.

ProblembeskrivningÄr du intresserad av innebandy? Vill du vara med och med hjälp av teknisk utveckling öka det vetenskapliga förhållningssättet inom sporten och höja upplevelsen för publiken? Låt oss genom att ta fram ett hjälpmedel ta ett steg i rätt riktning.

ArbetssättI projektet ska ett positioneringssystem utvecklas där varje deltagares position bestäms i realtid. Från detta ska data som är relevant för spelaren, tränaren och publiken väljas ut. Denna data ska därefter göras tillgänglig, exempelvis genom en app eller ett datorprogram.

GruppstorlekCa 3-6 studenter. Projektet kan dubbleras.

MålgruppTeknisk fysik (F), Fysikprogrammet på GU (GU-Fysik), Teknisk matematik (TM), Kemiteknik med fysik (Kf), Elektroteknik (E), Automation och mekatronik (Z), Maskinteknik (M), Datateknik (D), Informationsteknik (IT), Industriell ekonomi (I). Det är en fördel med deltagare från olika civilingenjörsprogram.

Innebandy – analys av spelares rörelsemönsterTIFX04-19-01

HandledareJonathan Weidow, [email protected] Karlsteen, [email protected]

Institutionen för fysik, Chalmers


HandledareGabriele Ferretti [email protected]

Soliden S3039, Tel. 031-772 31 68 Institutionen för fysik, Chalmers

BakgrundHar ni någon gång lekt med Pygame? Har ni byggt ett enket videospel? Jag behöver er hjälp för att bygga ett biljardspel baserat på relativitetsteori (och kanske lite kvantmekanik) att använda i pedagogiskt syfte. Jag har googlat runt och har inte sett något som passar mig. (Det finns ett par Youtube video, men de är inte det jag vill ha.) ProblembeskrivningJag har bra erfarenhet när det gäller relativitetsteori samt spridningsteori och kan guida er genom fysikdelen av projektet. Däremot har jag väldigt lite erfarenhet av att använda Pygame. (Lyckades bara bygga ett spel där en mygga flyger kring skärmen och ska skjutas ner av ett rörligt myggspray :). Total tid ~ 10 timmar.) Ni måste alltså kunna klara de flesta utmaningarna i programmering själva. Målet är att ha ett videospel (på engelska) där man kan bygga en intuition på relativistisk spridning. I bästa fall ska spelet läggas ut på nätet (kostnadsfritt, med Creative Commons Copyright). Arbetssätt Vi träffas en gång i veckan. I början (~3 veckor) går vi genom relativistiskt spridningsteori. Under tiden kan ni också bli lite mer vana med Pygame. Efter det, bestämmer vi vilka reglerna ska spelet följa och ni börjar bygga spelen. Mot slutet av projektet skriver ni en kortfattad manual, eller en Youtube tutorial om hur man spelar.

Gruppstorlek Minst 3 max 6. Projektet kan ej dubbleras.

Målgrupp Chalmers eller GU fysikstudenter som har tagit/tar grundläggande speciell rela-tivitetsteori (FUF045 eller FYP302) samt kvantfysik (typ FUF040 eller FYP203).

Ni måste ha lite tidigare erfarenhet med Pyton och Pygame, eller vara villiga att lära snabbt.

LitteraturtipsVanligt kurslitteratur för kurserna övan.Sök ”Pygame tutorial” på Youtube!

Relativistiskt biljardspel med Pygame TIFX04-19-02


HandledareRuggero Verre, [email protected]. 031-772 93 08, Fysikgränd 3.

Bionanofotonik, Institutionen för fysik

BakgrundMetaytor är artificiella material som är sammansatta av extremt små elementet vars storlek är mindre än diffraktionsgränsen för ljus. Metaytor tillåter manipulationen av ljus och vågfront kan formas på kontrollerade sätt. Metaytor kan komma till användning för små optiska komponent-er, i kameror och i rymdsatelliter.

Det grundläggande komponenten i metaytor är ofta dielektriska nanopartiklar som kan modifiera fasen och amplituden av ljus. Problembeskrivning Målet med det här projektet är att studera och skapa förståelse för hur dielektriska nanopartiklar interagerar med ljus. Vi behöver utveckla en intuitiv bild av dessa nanopartiklars egenskaper samt hur reflektion, transmission och fas kan manipuleras på ett enkelt sätt genom att variera partiklarnas storlek, brytningsindex, tjocklek och form.

Arbetssätt Modellering av den optiska responsen av nanopartiklarna med hjälp av COMSOL Multiphysics. Arbetet är uppdelat i tre faser: (1) förståelse och hands-on träning för simulationens metod. (2) Undersökningar av olika parametrar effekt och data-analys och sammanställning.

GruppstorlekDetta projekt är lämpligt för en grupp om 3-4 studenter. Målgrupp F, Kf, K, GU-fysik eller motsvarande.

Litteraturtips Fundamentals and Applications of Metasurfaces, Hui-Hsin Hsiao et al., Small Methods (2017). Gradient metasurfaces: a review of fundamentals and applications, Fei Ding et al, Rep. Prog. Phys. (2018)

Modellering av metaytor TIFX04-19-03


SupervisorErmin Malic, [email protected] of Physics, Chalmers

www.malic-group.com

Background Modern life is unimaginable without sensing devices. They are extremely important e.g. in medicine and environmental science. The progress in technology requires ever smaller sensors with higher sensitivity and selectivity and lower power consumption. Atomically thin nanomaterials, such as graphene and transition metal dichalco-genides, present a new class of sensor materials, with high potential to meet these technological requirements. The remarkably strong Coulomb interaction gives rise to a new type of particles – so called excitons consisting of a negatively charged electron and a positively charged hole (see figure on the right). Regular bright excitons determine the optical fingerprint of the material (orange peak). However, there is also a variety of dark excitons that are invisible, since they cannot emit or absorb light.

Project description The research project aims to brighten up dark excitons and make them visible in presence of molecules. This leads to the appearance of new peaks in the optical fingerprint of the material (blue peak in the figure part (b)). Since these peaks are only visible in the presence of molecules, this offers a novel and promising con-cept for molecule sensing technologies based on the activation of dark exciton states.

Activities The first step is to read relevant research literature and become familiar with the theoretical description of excitons in atomically thin nanomaterials. The second step is to set up equations describing the coupling of excitons and molecules. The project finishes with analysing the results and proposing optimal conditions for sensing of molecules.

Group size and target audienceThe project can be performed by a group of 3-4 students. F, Gu-Fysik.

Out of the dark and into the light – molecule detection via dark excitons TIFX04-19-04

(a) An optical pulse can only excite bright excitons (orange peak). (b) In presence of molecules, dark excitons can be also excited resulting in an additional peak (blue) that can be exploited for molecule.


HandledareTünde Fülöp, [email protected] för fysik, Chalmers

Linnea Hesslow, [email protected]

BakgrundProjektet behandlar hur skenande elektroner uppkommer respektive kan undvikas i fusions-reaktorer. De kan förekomma i samband med så kallade disruptioner då plasmats magnet-iska inneslutning plötsligt bryts, temperaturen sjunker och ett starkt elektriskt fält induceras. Då kan en del av plasmaströmmen omvand-las till en stråle av skenande elektroner, som kan skada reaktorväggen. Det finns lovande experimentella resultat som visar att man kan reducera skadliga effekter av disruptioner genom att injicera material för att under kylningsfasen öka densiteten och kyla plasmat på ett kontrollerat sätt. Inom projektet ska vi studera hur kylningsprocessen samverkar med elektronstrålens dynamik och huruvida man kan hitta ett scenario där skenande elektroner inte skapas alls.

ProblembeskrivningProjektet handlar om att konstruera ett numeriskt verktyg för att simulera skenande elektroner i fusionsplasmor under den snabba kylningsfasen där plas-maparametrarna (temperatur, densitet, elektriskt fält) ändras snabbt.

Arbetssätt Första delen av projektet handlar om att förstå de teoretiska grunderna för model-lering av relativistiska elektroner i snabbt kylda plasmor. Sedan ska två numeris-ka verktyg kopplas ihop. Den ena beräknar tidsutvecklingen av plasmaströmmen och elektriska fältet, och den andra beräknar elektronernas hastighetsfördelning (som i sin tur påverkar plasmaströmmen). Det nya numeriska verktyget kommer att användas för att utreda effektiviteten av materialinjektion under kylningsfasen för att undvika de skenande elektronerna.

Gruppstorlek 3-6 studenter.

Målgrupp Teknisk fysik, Teknisk MatematikProjektet passar studenter med programmeringsvana och intresse för numeriska beräkningar samt kunskap i elektrodynamik.

Skenande elektroner i fusionsplasmorTIFX04-19-05


BakgrundSimuleringar av starkt växelverkande kvant-system, t.ex. en atomkärna, är en stor ut-maning inom modern fysik. Men framtida kvantprocessorer (QPU) erbjuder ett potentiellt genombrott, s.k. quantum supremacy. Tack vare superpositionsegen-skaperna hos qubits kan den beräkningsmässiga komplexiteten reduceras från exponentiell till polynomisk i antalet partiklar. Kvantdatorer bestående av flera kopplade qubits utvecklas nu runtom i världen. Chalmers leder en stor satsning att bygga en egen kvantdator baserad på supraledningsteknologi.

ProblembeskrivningDe första realistiska kvantsimuleringarna utförda på existerande kvantdatorer har redan dykt upp. Än så länge är simuleringarna begränsade till väldigt enkla modeller. Även utan tillgång till en egen kvantdator kan man emulera det logiska flödet i en kvantberäkning med hjälp av klassisk mjukvara i t.ex. Python. Detta projekt syftar till att simulera ett enkelt tvåkroppars kvantsystem med en algo-ritm som kallas Variational Quantum Eigensolver (VQE). Denna algoritm startar med en variationsansats och kopplar QPU-beräkningar av kvantmekaniska väntevärden till en klassisk optimeringsalgoritm för variationsparametrarna som utförs på en CPU.

Arbetssätt Projektets teoretiska del innefattar en bakgrundsstudie om kvantdatorer och kvantlogik samt den kvantfysikaliska modell som appliceras i projektet. Den prak-tiska delen handlar om att implementera modellen och beräkningsalgoritmen med programmeringsspråket Python (med PyQuil och Grove/VQE).


Målgrupp F, GU-Fysik, TM Projektet innehåller teoretisk fysik, programmering och beräkningsfysik.

Litteraturtips”Mike and Ike”: Quantum Computation and Quantum Information av Nielsen och Chuang.

Simulera kvantsystem på en kvantdator TIFX04-19-06

Handledare Christian Forssén, [email protected] Andreas Ekström, [email protected] Institutionen för fysik, rum F8004/F8006


BakgrundEn FPGA (field-programmable gate array) utför mas-sivt parallella beräkningar. FPGAer används ofta för att styra andra komponenter i elektronikkretsar. Ett användningsområde är trigger-logiken i accelerator-baserade experiment, vilka nästan uteslutande är koincidensmätningar. För varje intressant händelse registreras och sparas många parametrar för senare analys. Därför är trigger-logiken en viktig komponent, då den väljer ut de intressanta händelserna. De kan vara som några få tusen nålar, i en höstack av uppemot en miljon ointressanta händelser. Per sekund. För detta används en FPGA.

ProblembeskrivningHjärtat i triggerbeslutet är en logisk matris som kontinuerligt utvärderar om det finns tillräckliga koincidenser mellan insignalerna från de olika detektorerna som utgör experimentet. Om ja så utförs utläsning av all elektronik. Om nej så prövas villkoren igen några nanosekunder senare. Vad som är tillräckligt konfigureras av användaren för varje specifikt experiment. I dagsläget är villkoren i vårt system begränsade till kombinationer av ja/veto/ignorera för varje insignal. Vi vill utöka detta till att kunna hantera mer komplicerade logiska uttryck, genom att för varje beslut slå upp resultatet i en förberäknad tabell.

Arbetssätt Bli bekant med FPGA-programmering i VHDL (Very high speed integrated circuit Hardware Description Language). Förstå hur de nuvarande koincidensvillkoren är implementerade och hur de styrs via ett lex/yacc-baserat konfigurationsgräns-snitt i C. Utöka gränssnittet för att förberäkna resultattabeller, givet mer kompli-cerade logiska uttryck, och ändra VHDL-koden så att den kan använda dessa.

Gruppstorlek Ca 3-4 studenter.

Målgrupp F, GU-Fysik, IT eller TM. Projektet har koppling till kursen FUF050/FYP204 i subatomär fysik under LP4.

LitteraturtipsTRLO II - flexible FPGA trigger control, http://fy.chalmers.se/~f96hajo/trloii/

Advancerade triggerbeslut i FPGATIFX04-19-07

HandledareHåkan T. Johansson, [email protected]. 031-772-3253

Fysik forskarhus rum F8109Institutionen för fysik, Chalmers


HandledareAndreas Heinz, [email protected] F8008, 031-772-34 30


BakgrundI nukleära kollisioner vid relativistiska energier är många reaktionskanaler öppna. Att reda ut pre-cis vad som hänt i en viss händelse är därför en komplicerad uppgift. Olika förlopp lämnar olika karaktäristiska mönster i de använda detektor-erna, som kan bearbetas med bildigenkänning – ett problem som passar väl för maskininlärning.

ProblembeskrivningDen sökta informationen är dock mer än en enkel klassificering – utöver antal och typ av primära partiklar vill vi även bestämma energin och riktningen för var och en. Gruppen i experi-mentell subatomär fysik bygger en del av detektorn CALIFA, som skall detektera protoner, neutroner och gamma-fotoner upp till 600 MeV. Varje partikel kan inter-agera med en eller flera av de 2528 kristallerna som utgör hela detektorn.

Arbetssätt Bli bekant med den relevanta fysikbakgrunden till projektet: hur lätta joner, nukleoner och fotoner växelverkar med materia. Simulera data för CALIFA, och bli bekant mer TensorFlow, ett programpaket för maskininlärning. Använda den simulerade datan för att träna olika neurala nätverk som konstrueras under arbe-tet. Kvantifiera effektiviteten och precisionen som nätverken uppnår.

Arbetet är en fortsättning på [1], och fokuserar på kostnadsfunktionen som styr inlärningen, för att undvika artefakter i rekonstruktionen. Mer avancerade nätverk behöver också utvecklas och undersökas.


Målgrupp F, GU, IT eller TM. Projektet har koppling till kursen FUF050/FYP204 i subatomär fysik under LP4.

Litteraturtips[1] Jacob Olander, Miriam Skarin, Pontus Svensson, Jakob Wadman, Rekonstruktion från detektordata med hjälp av neurala nätverk, Kandidatarbete, Chalmers, Göteborg (2018).[2] Adrian Cho, AI’s early proving ground: the hunt for new particles, Science vol. 357, utg. 6346, s. 20 (2017), http://dx.doi.org/10.1126/science.357.6346.20.

Deep learning, convoluted events och radioaktiva strålar TIFX04-19-08


HandledareBjörn Wickman, [email protected] Rum F5129


BakgrundMängden kvicksilver i hav, sjöar och vattendrag till följd av utsläpp från industrier är ett allvarligt problem som påverkar miljontals människor globalt. Detta ställer höga krav på nya metoder för vattenrening. En ny metod som har utvecklats av Björn Wickman på Chalmers bygger på att ta bort kvicksilverföroreningar från vatten genom att forma en legering av kvicksilver och platina. Innan metoden är redo att användas på stor skala be-hövs dock ytterligare forskning kring processerna och materialen.

ProblembeskrivningFör fortsatt arbete med metoden behöver diffusionshastigheten av kvicksilver genom legeringen samt termodynamiken för reaktionerna bestämmas.

Arbetssätt Ett projekt i experimentell fysik från problemformulering till resultat med ambi-tionen att publicera en vetenskaplig artikel. Genom att använda en elektrokemisk kvartskristallvåg kommer legeringsbildningen att följas, diffusionshastigheten och termodynamiken bestämmas. Detta görs för olika temperaturer och olika kvicksil-verkoncentrationer. Karakterisering av legeringarna som bildats kommer även att göras.


Målgrupp F, Kf, K, GU-fysik eller motsvarande. Ett intresse för fysik, kemi och miljöteknik önskas.

Bestämning av diffusionshastigheten för Hg genom PtHg4, med avsikten att rena vatten från kvicksilver

TIFX04-19-09


BakgrundAtt utnyttja latent värme vid smältning och stelning av så kallade fasövergångs-material (PCM, från “phase change materials”) möjliggör signifikant högre energilagringsdensiteter jämfört med vanlig lagring av termisk energi. PCM kan exempelvis användas för att stabilisera temperaturen i byggnaders kylsystem genom att kristallisering sker, och därmed värme frigörs, då tempera-turen sjunker under önskad temperatur, och sedan smälter, och därmed tar upp värme, när det blir för varmt. Paraffinvax används i en pilotanläggning för lagring av kylenergi i nya AWL-byggnaden på Chalmers campus. Målet är att minska toppbelastningen i fjärrkylsystemet som finns på campus. Projektet är centralt för forskningen vid avdelningen för bygg-nadsteknologi och sker därför i samarbete med dem.

ProblembeskrivningMålet med detta projekt är att undersöka och utveckla paraffinvax termiska egenskaper (termisk ledningsförmåga) genom att tillföra substrat som ändrar dess egenskaper. Projektet baseras på teoretiska förutsägelser av hur ändringarna påverkar egenskaperna, vilka valideras genom mätning av termiska egenskaper i laboratoriet.

Ni förväntas uppnå följande projektmål:- Litteraturgenomgång av tidigare arbeten på området- Teoretiska modeller för förbättring av paraffinvax- Undersökning av ett antal substrat och deras påverkan på de termiska egenska-perna hos paraffinvax.

Arbetssätt Som ovan framgår så handlar projektet både om att identifiera bästa substrat och experimentellt utvärdera deras påverkan i laboratoriet.

Gruppstorlek 3-6 studenter. Projektet har möjlighet att dubbleras.

Målgrupp F, GU-Fysik, K, Kf samt M.

Förbättra paraffinvax termiska lednings- förmåga för användning som fasövergångsmaterial

TIFX04-19-10

Handledare Jan Swenson, Biologisk fysik, [email protected], Tel. 0730-794217. Pepe Tan, Byggnadsteknologi, Arkitektur och samhällsbyggnadsteknik, [email protected]är Johansson, Byggnadsteknologi, Arkitektur och samhällsbyggnad [email protected]


BakgrundAtt utnyttja latent värme vid smältning och stelning av så kallade fasövergångsmate-rial (PCM, från “phase change materials”) möjliggör signifikant högre energilagrings-densiteter jämfört med vanlig lagring av termisk energi. PCM kan exempelvis användas för att stabilisera temperaturen i byggnader genom att kristallisering sker, och därmed värme frigörs, då temperaturen sjunker under önskad temperatur, och se-dan smälter, och därmed tar upp värme, när det blir för varmt. Projektet är centralt för forskningen vid avdelningen för byggnadsteknologi och sker därför i samarbete med dem.

ProblembeskrivningMålet med detta projekt är att konstruera en liten bärbar testcell (centimeter skala) med vanliga tillgängliga termoelektriska element för att demonstrera smält-ning och kristallisering av PCM. Testcellen ska kunna uppgraderas med tempera-tur- eller värmeflödes- och ström/spänningssensorer för att möjliggöra mätningar av PCM:s termiska egenskaper.

Ni förväntas uppnå följande projektmål:- Konstruktion av en bärbar testcell för smältning av PCM med användning av termoelektriska element.- Utföra en övergripande utvärdering av testcellen, inklusive dess lämplighet för mätning av termiska egenskaper hos PCM.- Dokumentation och diskussion av design och utvärderingsprocessen.- Valfritt (beroende på gruppstorlek och tid): Numerisk modellering och optimering av testcellen och jämförelse med experiment.

Arbetssätt Som ovan framgår så handlar projektet om att konstruera och experimentellt testa cellen av PCM. I mån av tid kan även numerisk modellering av testcellen bli aktuellt.

Gruppstorlek 3-6 studenter. Projektet har möjlighet att dubbleras.

Målgrupp F, GU-Fysik, K, Kf samt M.

Utveckling av en termoelektrisk testcell för fasövergångsmaterialTIFX04-19-11

HandledareJan Swenson [email protected], 0730-79 42 17, Institutionen för fysik, Chalmers

Pepe Tan, pepe.tan@@chalmers.seInstitutionen för arkitektur och samhällsbyggnad


Bakgrund Erfarenheten visar att naturkatastrofer av olika slag (jordbävning, skogsbränder m.m.) är skalbara: sambandet mellan hur allvarliga de är vs hur ofta de inträffar beskrivs av en enkel potenslag. Men hur är det med teknikkatastrofer, dsv de härrörande från mänsklig verksamhet (trafikolyckor, kärnkraftshav-erier m.m.)? Finns det en potenslag? Vidare, är det möjligt att strävan efter nolltolerans minskar små olyckor men leder till större haverier?

Problembeskrivning Målet med projektet är att kartlägga olika typer av teknikolyckor på samma sätt som med naturkatastro-fer eller andra skalbara naturfenomen. Passar teknikkatastroferna in i samma modell? Om det finns en potenslag, hur stor är exponenten? Vad kan man säga om skillnader och likheter mellan naturkatastro-fer och katastrofer härrörande från mänskligt verksamhet, särskilt med de processer där man strävar efter noll förekomst av olyckor?

Arbetssätt Ett antal naturfenomen samt tekniska haverier väljs ut. Data samlas in och ana-lyseras. Data om naturkatastrofer kan användas för att validera förfarandesättet, eftersom resultat finns i litteraturen. Den validerade metoden används sedan för att studera tekniska haverier som inte har analyserats förut, t ex haverier med kärnkraftanläggningar. Resultaten jämförs med de motsvarande data från naturkatastrofer eller naturfenomen, och slutsatser dras om skillnaderna och likheterna.

Gruppstorlek Ca 4-6 studenter. Projektet kan dubbleras (två grupper som gör samma projekt).

Målgrupp F, GU-fysik, D, E. Intresse för teknisk databehandling, teknisk och tillämpad matematik, och programmering främst i Mathematica (brist på förkunkskaper är inget hinder).

Litteraturtips Mark Buchanan: Ubiquity. Why catastrophes happen.

Är katastrofer oundvikliga? TIFX04-19-12

Handledare Imre Pázsit, [email protected] Tel. 031-772 30 81, 070-308 80 66 Subatomär fysik och plasmafysik, Institutionen för fysik, Origo Södra, våning 5.


HandledareRiccardo Catena, [email protected] of Physics, Chalmers

Origo, 6th floor, room: 6103A

BackgroundGravitational anomalies on astronomical and cosmological scales provide ample evidence for the presence of invisible mass, or dark matter (DM), in our Universe. While the Planck satellite has conclusively shown that DM constitutes about 85% of all matter in the Uni-verse, its nature remains a mystery. Is it a new particle, and if so, what are its properties?

Experiments located deep underground are currently searching for the first non gravitational signal of Milky Way DM particles. So far, DM particles have escaped detection, but the next decade is widely believed to be pivotal.

ProblemdescriptionYou will simulate DM-electron scattering events in detectors made of liquid Argon and Xenon or Silicon and Germanium semiconductor crystals by using the pub-licly available Mathematica pack-age QEdark. The focus on DM-electron interactions, rather than on DM-nucleus interactions, is one of the novel-ty of the project.

The outcome of your simulations will allow you to answer the following ques-tions: 1) How many scattering events must be detected in a single experiment to claim DM discovery at a given confi-dence level? 2) How much does this predic-tion change if DM signals are observed at two experi-ments exploiting different materials? 3) How much do your results depend on how DM is distributed in our galaxy? A successful bachelor project on the proposed topic is expected to lead to a pub-lication in an inter-national scientific journal.

ImplementationThe project involves the understanding of basic quantum mechanical calculations and simple nu-merical computations.

Group size and target audienceThe project has been designed for one or two groups of 3-4 students each. F, GU-fysik.

Literature Introductory reading: “A History of Dark Matter”, G. Bertone and D. Hooper; arXiv:1605.04909

Simulating the Dark Matter Particle Discovery TIFX04-19-13


HandledareJan Swenson [email protected], rum F5113 0730-79 42 17, Institutionen för fysik, Chalmers

Bakgrund Vatten fryser inte nödvändigtvis vid 0oC utan kan underkylas rejält innan iskristaller bildas. Under speciella förhållanden kan vatten underkylas ända ner till -37oC ! Iskristaller nukleeras heterogent i normalfallet, d.v.s. på fasta ytor eller på partiklar. Ju renare vatten desto större underkylning kan uppnås. Isnukleation är naturligtvis något som har studerats mycket och länge, men det finns fortfarande mer att lära. Praktiskt sett har det betydelse för infrysning av livsmedel, infrysning av biologiska material inför exempelvis organtransplantationer, samt för väder- och klimatforsk-ning gällande molnbildning. Mikroskopiska luftbubblor är allmänt förekommande i vatten, på ytor såväl som fritt svävande i lösning. Både mikroskopiska och makroskopiska bubblor har rapporterats gynna iskristallisation, men det är ganska lite undersökt.

Problembeskrivning Fasta partiklar av vissa ämnen gynnar isnukleation. Kan mikro/nano-bubblor förstärka effekten? Det är känt att partiklar ofta fungerar bättre vid en makrosko-pisk luft/vatten-yta. Kan fria tensidstabiliserade mikro/nano-bubblor nukleera isbildning?Det är känt att plana monolager av vissa tensider kan nukleera isbildning, man behöver därför jämföra tensidlösningar med och utan bubblor.

Arbetssätt Experimentellt arbete med provberedning av partiklar och tensidstabiliserade mikrobubblor. Underkylningsexperiment utförs med framförallt Differential Scan-ning Calorimetry (DSC) som hanterar väldigt små prover, så därför kan även kompletterande underkylningsförsök av större prover behöva utföras. Vidare kommer koncentration och storlek av bubblor/partiklar att bestämmas med NanoParticle Tracking Analysis (NTA). Slutligen ska mätdatan analyseras och resultaten sammanställas. En del litteraturstudier ingår också. Gruppstorlek och målgrupp: Projektet är lämpligt för 3-4 studenter från F, Kf, K, Gu-fysik eller motsvarande.

Heterogen iskristallisation i vatten - effekt av bubblor TIFX04-19-14

Fredrik Eklund,[email protected]. 0709-79 39 18, rum F5111


BakgrundDe senaste åren har stora framsteg gjorts inom maskininlärning och speciellt Deep Learning. Djupa neurala nätverk kan i dagsläget klas-sificera bilder och generera texter på en nästan mänsklig nivå. En grundorsak till framgångarna är att internet möjliggör många nya sätt att koppla ihop människor och fånga in information som individer skapar.

ProblembeskrivningFör att möjliggöra för fler individer att nå sin fulla studiepotential är det därför intressant att under-söka om människans lärande kan förbättras av möjligheterna som Deep Learning och internet medför. Genom att koppla sam-man individer via internet kan nya verktyg utvecklas för att exempelvis påverka motivationsfaktorer. Med den insamlade informationen kan det vara möjligt att förutsäga individers studieresultat och utföra förändringar för att uppnå bättre inlärning.

ArbetssättI det föreslagna projektet finns på förhand tre olika spår. För det första att analy-sera användarbehov och produktkrav för individers lärande, lärares arbete och systemen dessa verkar i. För det andra att utveckla en hemsida för att koppla samman individer, förbättra lärandet och samla in information. För det tredje att analysera insamlad information samt utveckla arkitekturer inom Deep Learning (t.ex. med hjälp av Tensorflow och Keras) för att förutsäga studieresultat. De tre spåren kommer samverka med syfte att utveckla ett verktyg baserat på Deep Learning för att förbättra människans lärande.

Gruppstorlek3-6 studenter.

MålgruppF, TM, TD, IT, D (Krav att delar av gruppen har erfarenhet av Deep Learning och webbutveckling.)

Deep Learning, webbutveckling och produktutveckling för att förutsäga och förbättra studieresultat

TIFX04-19-15

Handledare Christian Forssén, [email protected] Institutionen för Fysik, rum F8006.Mikael Johansson, [email protected] Design & Human Factors, (Bitr. handledare).


BakgrundInom byggverksamhet förekommer många arbetsmoment då kvartshaltigt damm bildas. Att exponeras för kvarts innebär flera all-varliga hälsorisker som att utveckla silikos, cancer och kronisk obstruktiv lungsjukdom men också hjärt- och kärlsjukdomar samt reumatiska sjukdomar. Byggnadsarbetare är en yrkeskategori som löper stor risk att exponeras för kvarts. Arbetsmiljöverkets beslutade under 2015 om nya föreskrifter och allmänna råd om kvarts – stendamm i arbetsmiljön. Där föreskrivs bland annat att arbetsgivaren ska genomföra egna mätning eller kunna stödja sig på referensmätningar av kvartsdamm.

ProblembeskrivningDe mätningar som utförs syftar till att säkerställa att halten kvartsdamm i lokalen inte överskrider hälsovådliga nivåer. Sveriges Byggindustrier vill gå ett steg längre och utveckla en personlig mätutrustning som bestämmer varje arbetares exponer-ing för kvartsdamm. Utrustningen ska vara bärbar, kunna logga dammhalter under lång tid, vara prisvärd och kunna larma när nivåerna blir hälsovådliga.

Arbetssätt Projektet innebär att deltagarna undersöker tänkbara analysmetoder för kvarts-damm. Utvalda komponenter och analysmetoden ska sedan omvandlas till en pro-totyp som visar att metoden fungerar så att Sveriges Byggindustrier kan utveckla och sprida en personlig säkerhetsutredning mot kvartsdamm.


Målgrupp Teknisk fysik (F), Kemiteknik med fysik (Kf). och Maskinteknik (M),

Litteraturtipshttps://www.av.se/globalassets/filer/publikationer/foreskrifter/kvarts-stendamm-i-arbetsmiljon-foreskrifter-afs2015-2.pdf

Utveckla personlig mätutrustning för kvartsdamm i byggmiljön TIFX04-19-16

Handledare Magnus Karlsteen, Institutionen för Fysik, Chalmers, [email protected], rum. S2012Lars-Erik Jonason, Arbetsmiljörådgivare, Sveriges Byggindustrier, [email protected]


BakgrundSåväl elitidrottare som svårt sjuka eller kraftigt skadade utsätter sin kropp för maxi-mal belastning som ger extremtillstånd då det gäller tryck på blodkärl, slagvolym i hjärta, syresättning av blod etc. Studier gör vanligtvis på normalpersoner under vila och lagom ansträngning, varefter data extra-poleras till extremtillstånd.

ProblembeskrivningSedan några årtionden vet man att ha en god förmåga att variera tiden mellan varje enskilt hjärtslag i förhållande till efterföljande hjärtslag, har betydelse för överlevnad, särskilt i riskgrupper med hjärtsjukdom och som har risk för plötslig hjärtdöd. Våren 2018 arbetade en grupp kandidatarbetare med att skapa pro-gramvara som kan analysera hjärt-lungdata och hitta perioder där hjärtslag och andning synkroniseras. Dessa data kan idag bra mätas vid lugn sömn. För att forskningen ska kunna gå vidare behövs en utrustning som kan registrera and-ning och hjärtrytm när man anstränger sig.

ArbetssättI detta projekt ska mätningar utföras på elitidrottare och hjärtsviktspatienter vid ansträngning. Vid Sahlgrenska akademin undersöker forskare synkronisering mellan hjärtrytmen och andningsrytmen för grupper av individer; elitidrottare, hjärtsviktspatienter och normalpersoner. Utmaningen i detta projekt är att skapa en apparat som automatiskt kan mäta andning och hjärtslag så att programvaran sedan kan hitta fasskillnader och tidssegment då andning och hjärtslag ligger i samma fas. Med en sådan apparat skulle läkarna kunna spara liv.


MålgruppTeknisk fysik (F), Automation och mekatronik (Z) och Maskinteknik (M).

Superbodies; Skapa en utrustning för mätning av hjärt-lungdata, målgrupp elitidrottare och hjärtsviktspatienter

TIFX04-19-17

Handledare Gunnar Westman, [email protected], 772 30 72Magnus Karlsteen, [email protected], 772 20 91Erik Thunström, akutmedicin kardiologi SU Östra, [email protected]


BakgrundFör ridning är underlagets egenskaper är mycket viktiga. För att minska risken att hästen skadas är det viktigt att under-laget över hela banan uppvisar samma egenskaper. Underlaget ska bland annat ge ett väl anpassat grepp, ha en lämplig ythårdhet och ge dämpning. För att detta ska ske behöver banan underhållas. Vissa underhållsmoment görs årligen andra bör ske oftare, till och med ske dagligen om verksamheten så kräver. Ytlig harvning av paddockar och maneger behöver på många anläggningar ske dagligen.

ProblembeskrivningI det dagliga underhållet som sker på Askims Fältrittklubb ingår både ytlig harvn-ing och sladdning. Detta är en tidskrävande arbetsuppgift som måste utföras med stor noggrannhet för att undvika att ojämnhet på underlaget som ökar hästarnas och ryttarnas skaderisk. Tiden för harvning måste anpassas efter när lämplig per-sonal är tillgänglig och ridbanan är ledig, här sker ofta konflikter. Klubben vill ha hjälp med en utrustning som automatisk söker av ytan, hittar defekter och jämnar ut dessa. Detta ska ske nattetid så att underlaget är nypreparerat och redo för verksamheten varje morgon.

ArbetssättI detta projekt ska mätningar utföras så att lokala avvikelser detekteras, dess-utom ska ytans totala lutning hela tiden underhållas för att t.ex. uppnå avrinning av vatten. Utmaningen i detta projekt är att skapa en apparat som automatiskt utför mätningarna och åtgärdar de defekter som upptäcks.

Gruppstorlek 3-6 studenter. MålgruppTeknisk fysik (F), Automation och mekatronik (Z) och Maskinteknik (M)

Litteraturtips http://www.ridsport.se/ImageVaultFiles/id_35816/cf_559/SvRF_Ridunderlag_Mars_2014_LR.PDF

Ridbaneroboten Harvy TIFX04-19-18

Handledare Magnus Karlsteen, [email protected], Institutionen för fysik, Chalmers, tel. 772 20 91Kajsa Baumann, Askims Fältrittklubb, [email protected]


BakgrundEtt helt nytt effektivare sätt att komprimera luft har uppfunnits av Daniel Ehrnberg. Vatten an-vänds som kolvar och ger kylning för en nästintill isotermisk process. Detta blir en optimal miljö för att komprimera och expandera luft med en hög verkningsgrad.

Tekniken har flera applikationer och Spira Energy AB kommer tillhandahålla system för storskalig och effektiv energilagring. Maskinen komprimerar luft för att lagra energi i form av tryckluft och kan sedan omvänt expandera luften för att via en generator generera ut ström på nätet.

ProblembeskrivningIdag finns i världen inget bra sätt att lagra elektrisk energi utan stora invester-ingskostnader och miljöpåverkan. Den nya fluidmaskinen kan lösa detta problem. För att kommersialisera tekniken utvecklas nu en kundprototyp som skall install-eras under 2019. Vi har just nu fler möjligheter än vad vi har tid att ta tillvara på och letar därför efter studenter.

ArbetssättVi skall nu utveckla ytterligare en mindre prototyp där vi kan testa och verifiera nya koncepttankar. Denna prototyp vill vi även kunna använda för att enkelt kunna demonstrera den nya principen på till exempel ett skrivbord. Vi tänker oss följande mycket grova arbetsprocess:

• Skapa sig en förståelse för tekniken och dess fysik genom att studera tidigare prototyper och läsa tidigare framtagna rapporter.• Utifrån matematisk modell och kravlista utveckla och konstruera samt välja komponenter för nästa mindre prototyp.• Montera och testa de nya koncepten.• Analysera fördelar/nackdelar och sammanfatta resultaten i en rapport.

GruppstorlekMax 6 studenter.

Målgrupp + speciella förkunskaperTeknisk fysik, Maskinteknik, CAD och ritningsframställan, produktion.

Utveckla en prototyp för att verifiera nya koncepttankarTIFX04-19-19

Handledare Magnus Karlsteen, [email protected], 031 772 20 91, Soliden S2012, institutionen för FysikTove Grimslätt, Project Engineer, [email protected]


BakgrundEtt helt nytt effektivare sätt att komprimera luft har uppfunnits av Daniel Ehrnberg. Vatten används som kolvar och ger kylning för en nästintill isotermisk process. Detta blir en optimal miljö för att komprimera och expan-dera luft med en hög verkningsgrad. Tekniken har flera applikationer och Spira Energy AB kommer tillhandahålla system för storskalig och effektiv energilagring. Maskinen komprimerar luft för att lagra energi i form av tryckluft och kan sedan omvänt expandera luften för att via en generator generera ut ström på nätet.

ProblembeskrivningIdag finns i världen inget bra sätt att lagra elektrisk energi utan stora investerings-kostnader och miljöpåverkan. Den nya fluidmaskinen skulle kunna lösa detta prob-lem. För att kommersialisera tekniken utvecklas en första kundprototyp som skall installeras under 2019. Vi har just nu fler möjligheter än vad vi har tid att ta tillvara på och letar därför efter studenter.

ArbetssättProjektförslaget är att fokusera på en strategi för att skala upp från prototyper till produkter som kan installeras hos kund. Att optimera koncept, konstruktion och transmission. Komponentval och utvärdering av tillverkningsmetoder. Vi tänker oss följande mycket grova arbetsprocess:

• Skapa sig en förståelse för tekniken och dess fysik genom att studera tidigare prototyper och läsa tidigare framtagna rapporter.• Undersöka hur man kan optimera koncept, konstruktion och transmission.• Undersöka vilka komponenter och tillverkningsmetoder som lämpar sig samt utvärdera dessa.• Analysera fördelar/nackdelar och sammanfatta resultatet i en rapport.

GruppstorlekMax 6 studenter.

Målgrupp + speciella förkunskaperTeknisk Fysik, Maskinteknik, CAD och ritningsframställan, produktion.

Skala upp från prototyp till produkt TIFX04-19-20

Handledare Magnus Karlsteen, [email protected], 031 772 20 91, Soliden S2012, institutionen för FysikTove Grimslätt, Project Engineer, [email protected]


HandledareGiovanni Volpe, [email protected] of Physics, GU

BackgroundThe behavior and interaction of autonomous individuals capable of sensing and reacting to their environment play a critical role in many natural phenomena and artificial systems. For example, animals organize into flocks, swarms, and colonies, and we would like to understand how their collective behaviors are coordinated. Groups of autonomous robots could potentially be organized in similar ways. Furthermore, often such systems of autonomous agents have to interact with a complex environment, where for example obstacles are present. Current research is now trying to understand and engineer these behaviors.

Problem descriptionThis project aims at studying the collective motions and behaviors of a system of autonomous agents in a complex environment. It will in particular consider how systems of simple agents (where each agent follows very simple rules, senses only its immediate surroundings, and directly interacts only with nearby agents, without having any knowledge of an overall plan) can lead to very complex behaviors. MethodThe project will consist of both simulations with MatLab and experiments realized with Elisa-3 microrobots. The thesis and presentation can be in Swedish.


Target audience F, GU-fysik, TM, E, Z, D, IT or corresponding. Literature • Viswanathan, G. M., Da Luz, M. G., Raposo, E. P., & Stanley, H. E. (2011). The physics of foraging: an introduction to random searches and biological encounters. Cambridge Univer-sity Press.• Mijalkov, M., McDaniel, A., Wehr, J., & Volpe, G. (2016). Engineering sensorial delay to control phototaxis and emergent collective behaviors. Physical Review X, 6(1), 011008.• http://www.gctronic.com/doc/index.php/Elisa-3

Collective dynamics of autonomous robots in a complex environmentTIFX04-19-21


BakgrundMed en pulsoximeter mäter man syre-mättnaden i blodet (det artäriella blodet). Syremättnaden ska normalt ligga nära 100% och det uppmätta värdet används för att diag-nostisera hjärt- och lungsjukdomar (t.ex. kroni-skt obstruktiv lungsjukdom, KOL). Icke-invasiva pulsoximetrar mäter transmissionen i blodet vid två olika våglängder (enligt Lambert-Beers lag) och förhållandet mellan absorptionen vid dessa våglängder ger syremättnaden.

Problembeskrivning Ni ska beskriva den grundläggande teorin bakom blodets syresättning samt teorin bakom pulsoximetri, dvs. hur blodets syresättning kan mätas med hjälp av ljus-absorption.

Ni ska förklara varför man föredrar transmissionsmätningar istället för reflektions-mätningar. Målsättningen för ert arbete är att föreslå en prototyp för en pulsoximeter som baseras på reflektion och som därmed skulle kunna integreras i t.ex. armban-det på en smartwatch. Prototypen ska implementeras på ett ”flexibelt” kretskort utformat som ett armband.

ArbetssättEn omfattande bakgrundsbeskrivning är nödvändig med relevanta referenser. Arbetet omfattar medicinteknik, elektronikkonstruktion och programmering (av inbyggda system).

GruppstorlekLämplig storlek är 2-3 studenter. Intresse/erfarenhet av elektronikkonstruktion är en fördel samt intresse för medicinsk teknik och medicinska tillämpningar.

MålgruppF, GU-fysik, E. Litteraturtipshttp://www.who.int/patientsafety/safesurgery/pulse_oximetry/who_ps_pulse_oxymetry_tuto-rial1_the_basics_en.pdfhttps://www.howequipmentworks.com/pulse_oximeter/https://ccforum.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13054-015-0984-8

Elektronisk pulsoximeter TIFX04-19-22

Handledare Lars Bengtsson, [email protected], GU Fysik, Soliden 1013 Caroline Beck Adiels, [email protected], GU Fysik, Soliden 1043


BackgroundExtreme events, such as earthquakes, tsunamis, rogue waves, power grid failures, stock market crashes and epileptic seizures are ubiquitous in natural, technological and social systems. Such events are character-ized by an observable taking values much larger than its usual fluctuation range.

Problem descriptionPrediction of extreme events is crucial both for science and society, yet it remains challenging. Extreme events in networks of coupled chaotic oscillators have been recently connected to excitability, i.e. the ability of a system to produce a large amplitude response to a suitable stimulus. In turn excitability has been linked to the geometrical structure of the underlying chaotic attractor. Systematic methods to visualize and characterize such (high-dimensional) attractors do not exist. Your task will be to apply manifold-learning techniques, borrowed from the field of machine-learning, to this problem.

Work description The project provides a hands-on introduction to both chaotic dynamics and manifold-learning. You will write computer code to model extreme events in systems of chaotic oscillators. You will use (and possibly improve) packages that implement manifold-learning techniques to analyze data from your simulations. You will apply your methods to different model systems of, e.g., neuronal firing or extreme pulse generation in lasers.

Group size3 students.

Target audienceF, GU-Fysik, TM. Interest in computational methods or applied mathematics/mathematical physics. Programming experience (e.g. Python or Matlab) helpful but not required.

Litteraturtipshttps://en.wikipedia.org/wiki/Nonlinear_dimensionality_reductionG. Ansmann et al, Extreme events in excitable systems and mechanisms of their genera-tion, http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevE.88.052911

Extreme events in excitable systems: a machine learning approach to chaotic dynamicsTIFX04-19-23

Supervisor Evangelos Siminos, [email protected] Department of Physics, GU


BakgrundAlla hästar som är maximalt 148 cm höga räknas som ponnyer. Ponnyerna delas sedan in i kategori A, B, C eller D, där kategori D är de största. Inom tävling finns det ofta förde-lar med att ha en ponny som är så stor som möjligt inom respektive kategori. Värdet på en maxad D-ponny eller en som visar sig vara över den tillåtna höjden kan skilja på många 100 000 kr eller möjligtvis någon miljon kr. Vid flera tillfällen har ponnyer blivit mätta på nationella och internationella tävlingsplatser, och trots tidigare mätintyg befunnits vara för stora. För ryttarna, som är barn, leder detta till sorg och för ägaren till ponnyn kan det vara en stor ekonomisk förlust.

Det finns därmed ett stort behov av kunskap om hur mycket en ponny kan variera i mankhöjd och hur tillförlitliga dagens mätmetoder är.https://www.tidningenridsport.se/ska-ponnyryttarna-behova-oroa-sig-for-startfor-bud-av-mankhojdsskal1/

ProblembeskrivningVarför är det inte enkelt att avgöra om en ponny är över 148 cm eller ej? Saker som kan variera är t.ex. underlag, hovar, lugn miljö eller ej, muskler m.m. Ingen verkar dock veta exakt hur stor variation i höjd en ponny kan ha.Det finns ett reglemente som beskriver hur mätningen av ponnyn skall gå till. http://www.ridsport.se/Tavling/Ponnymanual/

I projektet ingår både en utvärdering av dagens mätmetod, test av hur väl 3D-skanning kan fungera och förslag på nya metoder.

Projektet kommer att innehålla mätteknik, validering, samt beräkningar och problemställningar inom biomekanik och statistik. Projektet kan komma att bli en förstudie till ett forskningsprojekt över längre tid.

Arbetssätt Vid institutionen och i fält (stall, veterinärkliniker, tävlingsplatser).

Gruppstorlek och målgruppCa 3-6 studenter. Teknisk fysik (F), Fysikprogr. på GU (GU-Fysik) Elektroteknik (E), Maskinteknik (M)

Hur hög är en ponny? TIFX04-19-24

Handledare Maria Sundin, [email protected], S1022 Institutionen för fysik, GU


HandledareJonas Enger, [email protected], Rum: S1016, Institutionen för fysik, GU

Dag Hanstorp, [email protected] Rum: F8032

BakgrundAkustiska vågor kan utöva krafter på olika objekt. Så kallade akustiska fällor kan bildas i punkter där dessa krafter sammanfaller, varvid en akustisk potentialgrop bildas. Detta möjlig-gör levitering av partiklar. Genom att använda högtalare för att alstra en stående våg kommer noderna fungerar som fällor. Om fasskillnaden ändras mellan högtalarna rör sig fällorna utan någon mekanisk påverkan. Objekt som vätske-droppar, kulor, celler, insekter mm kan fångas och därefter studeras med andra tekniker. Det är idag möjligt att med hjälp av 3D-skrivare på ett enkelt och billigt sätt bygga en akustisk fälla och börja fånga, manipulera och analysera olika leviterade objekt.

ProblembeskrivningMålet är att optimera en akustisk fälla genom användning av 3D-skrivare och ele-ktrisk mätteknik. Som utgångspunkt används de akustiska fällor som byggdes av Ceder, Fojt, Renberg, kandidatarbete 2018. Målet är därefter att vätskedroppar ska fångas varefter laserfluorescens kommer att användas för analys. Vidare kan multipla droppar fångas och studeras med höghastighetskameror då de fusion-erar. Objektens storlekar mäts utifrån diffraktionsmönster. Den akustiska fällans potentialgrop ska också simuleras.

ArbetssättUppgiften går ut på att optimera en akustisk fälla genom att använda CAD och 3D-printing samt konstruera styrningselektronik. Därefter byggs en analysupp-ställning där fångade vätskedroppar studeras med olika optiska lasermetoder och höghastighetskameror.

GruppstorlekCa 3-6 studenter.

Målgrupp + speciella förkunskapskravF, E, Z, GU-Fysik eller motsvarande.

Litteraturtipshttps://www.youtube.com/watch?v=XpNbyfxxkWEhttps://www.nature.com/articles/ncomms9661.pdfhttps://www.instructables.com/id/Acoustic-Levitator/

Levitera vätskedroppar i akustisk fälla och analysera droppens innehåll med laser-fluorescens

TIFX04-19-25


BackgroundNanoscience and nanotechnology are in the pro-cess of revolutionising the way we live and do sci-ence. In some years, nanorobots may be injected in the bloodstream of patients to help diagnose and cure diseases. Functional nanoparticles may be used to discover malignant cells inside the body and destroy them. Environmental screening may be greatly enhanced by microscopic lab-on-a-chip devices. Hence, the study of functional nanomate-rials heralds a new era for micro- and nanodevices with unprecedented possibilities in sensing and information processing at the nanoscale. In the context of this drive towards the nanoscale, the specific aim of the present project is to provide new tools to har-ness forces and interactions at mesoscopic and nanoscopic lengthscales, such as the forces arising between several nanodevices.

Problem descriptionThis project aims at studying experimentally critical Casimir forces emerging between multiple objects, going beyond the kinds of configurations that have been studied so far. Thus, this project will elucidate what is the influence on critical Casimir forces of, e.g., three-body effects, hydrodynamic interactions and hydrodynamic synchronization; these insights will prove useful in the engineering of critical Casimir forces for realistic applications.

MethodsThis study will employ an array of optical tweezers to position the particles and digital video microscopy to track the trajectories of the particles and the forces acting on them. Numerical simulations will also be employed to validate the ex-perimental findings. The thesis and presentation can be in Swedish.


Target audienceF, GU-fysik, TM, E, Z, D, IT or corresponding. Literature• S. Paladugu, A. Callegari, Y. Tuna, L. Barth, S. Dietrich, A. Gamabassi & G. Volpe (2016). Nonadditivity of critical Casimir forces. Nature Communications 7, 11403.• F. Schmidt, A. Magazzù A. Callegari, L. Biancofiore, F. Cichos & G. Volpe (2018). Micro-scopic engine powered by critical demixing, Physical Review Letters 120, 068004.

Nanotechnology: Experimental study of critical Casimir forces TIFX04-19-26

HandledareGiovanni Volpe, [email protected] of Physics, GU


SupervisorHans Starnberg, [email protected] Tel: 031-786 9173, S1011 (Soliden plan 1).

Institutionen för fysik, GU

BakgrundFotoelektronmikroskopi (PEM) är en avancerad teknik för studier av ytor. Den bygger på att man sveper en fokuserad UV-stråle över en provyta och registrerar de fotoelektroner som emitteras från den belysta fläcken. Genom att energifiltrera fotoelektronerna kan man skapa en bild av hur olika atomslag är fördelade på ytan. ProblembeskrivningVi har en stor mängd PEM-bilder erhållna med ett instrument på MAX-lab i Lund. Varje bild täcker en yta på ca 100 µm x 100 µm. För att få en bättre översikt vill vi skarva ihop dessa bilder till större bilder, men detta kompliceras av att ljusintensiteten inte är kon-stant under mätningarna, utan varierar från bild till bild. En ytterligare komplika-tion är att bildpunkterna är oregelbundet fördelade i bilderna. Projektuppgiften är att utveckla algoritmer för automatisk normalisering och sammansättning av stora översiktsbilder, tillämpning av dessa algoritmer på befintliga bilder, samt utvär- dering av resultaten.

ArbetssättAtt med MATLAB eller liknande mjukvara skriva program för skarvning av PEM-bilder och grafisk presentation av resultaten. I mån av tid även att medverka i analys av resultaten.

Gruppstorlek2 studenter.

MålgruppStudenter på GU Fysik eller F med intresse för programmering och materialfysik. Goda kunskaper i MATLAB är bra att ha.

Literature tipshttp://physics.gu.se/~starn/pem/pem.html

Numerisk skarvning av PEM-bilderTIFX04-19-27


BakgrundVid många typer av experiment idag används pulserat röntgenljus. En avstämningsbar källa till röntgenljus är en så kallad synkrotron, som t.ex. MAX-IV i Lund, vid vilken paket av elektroner cirkulerar med relativistisk hastighet i en sluten ringaccelerator. Elek-tronernas färdriktning böjs av dipolmagneter i dessa elektron-lagringsringar och tappar således energi i form av strålning. För att behålla konstant energi drivs elektronpaketen med radio-frekvenskaviteter i MHz-området, som innebär att röntgen(ljus)pul-serna produceras i tidsavstånd av nanosekunder. För vissa applikationer såsom flygtidsspektroskopi av laddade partiklar behöver man utöka tidsavståndet mellan röntgenpulserna så att de laddade partiklarnas flygtid hinner registreras innan nästkommande puls, eftersom partiklarnas flygtid ofta är i mikrosekunder. Ett sätt att utöka tidsavståndet är att använda sig av en optomekanisk ”chopper” som består av en roterande disk med smal spalt som endast släpper igenom ett fåtal av röntgenpulserna.

ProblembeskrivningUnder de senaste åren har vi konstruerat ett system med en mekanisk chopper som vi håller på att sätta i drift. För att kunna dra optimal nytta av denna på en synkrotronljusanläggning som MAX-IV är det fördelaktigt om man kan synkronis-era rotationen till elektronlagringsringens radiofrekvenssignal. I sambandet med det är vi nu i behov av utveckla ett skräddarsytt styr-, regler- och kontrollsystem.

Arbetssätt Projektet är utformat för att ge er möjlighet att kombinera teori och praktik samt att testa era resultat i verkligheten vid en synkrotronljusanläggning. Ni kommer få bekanta er med den befintliga choppern i vårt laboratorium under användning av lasrar och kommer därefter få utveckla ett styr-, regler- och kontrollsystem med hjälp av LabView samt en Single-Board RIO med ett realtidsoperativsystem och en FPGA (Field-Programmable Gate Array). Resultatet är av stort intresse för flera andra utvecklingsprojekt av mekaniska choppersystem som pågår just nu bl.a. på MAX-IV i Lund.

Gruppstorlek och målgruppCa 1-3 studenter, (optimalt med minst 2 studenter).Projektet är lämpligt för studenter från GU-fysik, F, E, D och (IT). Intresse och/eller kunskaper i reglerteknik och labviewprogrammering.

Synkronisering av en mekanisk ljuschopper till en pulserande röntgenkälla vid en elektronlagringsring

TIFX04-19-28

Handledare Raimund Feifel, [email protected], +46-708-38 16 89, Institutionen för fysik, GUMats Rostedt, [email protected], +46-31-786-91 38, Institutionen för fysik, GU


BackgroundIt is known that due to the nontrivial nature of the quantum vacuum, a high-frequency photon that encounters a strong external electromagnetic field can be down converted, or ”split”, into two photons with a total sum of energies equal to the original photon. The process is thought to be of some importance in neutron star magnetospheres, and the formation of pair plasmas in astrophysics.

Problem descriptionCurrently, the intensity of the strongest available lasers is at a level where effects from quantum electrodynamic (QED) comes into play. A lot of experiments related to QED in laser fields have been suggested over the last few years, e.g., quan-tum photon emission, pair production, and vacuum birefringence. However, there is still no tangible experimental suggestion for photon splitting in laser fields. Therefore we suggest to estimate if this would be possible, what would be the threshold of observation, and how experimental constraints will affect our ability to see such effects in experiments. MethodFor this purpose, we will need to implement the know photon splitting amplitudes in a numerical code, making it, e.g., possible to estimate the integrated effect over finite volumes and the structure of the expected signals. The development of measures for experimental tests is an integral part of the project.

Group sizeRecommended group size, 3-4 students.

Target audienceF, GU-Fysik, TM.

Photon splitting in laser fieldsTIFX04-19-29

SupervisorsMattias Marklund, [email protected]: 031 772 39 39, 072-398 10 97

Tom Blackburn, [email protected] of Physics, GU/Chalmers

Chalmers tekniska högskola:Institutionen för fysik, Institutionen för mikroteknologi & nanovetenskap,

Institutionen för rymd- geo- och miljövetenskap

Göteborgs universitet:Institutionen för fysik

Fysikcentrum Göteborg

fysikcentrum gÖteborg chalmers tekniska högskola och ... projects... · is the proposal and the...

Documents