21 Nisan 2017 - Yoğun Madde Fiziği | İzmir Toplantısıymf.iyte.edu.tr/wp-content/uploads/2017/04/YMF_Kitapcik... · 2017-04-19 · transferinin değişimi sayesinde bu bileşiklerin

21 Nisan 2017

6. YOĞUN MADDE FİZİĞİ İZMİR TOPLANTISI

PROGRAM VE ÖZET KİTAPÇIĞI

Sizleri Yoğun Madde Fiziği (YMF)-İzmir Toplantısında aramızda

görmekten büyük mutluluk duymaktayız. Bu yıl beşincisi düzenlenmekte olan

YMF-İzmir toplantısının amacı Yoğun Madde Fiziği ve ilgili alanlardaki bilimsel

çalışmalara katkıda bulunmak, biliminsanları arasındaki bilgi alış-verişini

hızlandırmak ve yeni bilimsel ortaklıklara vesile olmaktır. Bu toplantının

düzenlenmesinde emeği geçen tüm komite üyelerine, gönüllü öğrenci

arkadaşlarıma, tüm katılımcılara, sponsorumuz Nanomat’a, maddi ve manevi her

türlü katkıda bulunan İYTE Rektörlüğüne teşekkürü bir borç bilirim. Bu vesile ile

bu toplantının tüm Türkiye çapında yoğun madde fiziği alanındaki bilimsel

birikime katkıda bulunacağını düşünerek, YMF-İzmir toplantısının herkes için en

güzel, en verimli şekilde geçmesi umudu ile iyi toplantılar dilerim.

YMF- İzmir Toplantısı Düzenleme Komitesi adına

Doç. Dr. Alev Devrim Güçlü

Düzenleme Kurulu

Alev Devrim Güçlü (İYTE) Hamza Polat (Dokuz Eylül Üniv.) Cem Çelebi (İYTE) Bilim Kurulu

Şinasi Ellialtıoğlu (TED Üniv.) Hamza Polat (Dokuz Eylül Üniv.) Oğuz Gülseren (Bilkent Üniv.) İsmet İnönü Kaya (Sabancı Üniv.) Organizasyon

Özgür Çakır (İYTE) Serkan Ateş (İYTE) Umut Adem (İYTE) Alev Devrim Güçlü (İYTE) Nejat Bulut (İYTE) Damla Yeşilpınar (İYTE) Dilce Özkendir (İYTE) Hazan Özkan (İYTE) Korhan Çakmak (İYTE) Abdülmenaf Altıntaş (İYTE) Gökhan Öztarhan (İYTE) Gülçin Dönmez (İYTE)

TOPLANTI PROGRAMI 08:30 – 09:00 Kayıt 09:00 – 09:15 Açılış Konuşması 1. Oturum 09:15 – 09:35 Ç1 H. Gül Yağlıoğlu (Ankara Üniversitesi)

“BODIPY ve Aza-BODIPY Boyalarında Elektron Aktarım Dinamikleri ve Elektron Aktarımının Boya Duyarlılaştırılmış Güneş Pillerine Etkilerinin Araştırılması”

09:35 – 09:55 Ç2 Sinan Balcı (Türk Hava Kurumu Üniversitesi) Plekzimonlar: Plekzitonların Plazmon Polaritonlar ile Güçlü Etkileşimi

09:55 – 10:15 Ç3 Selçuk Yerci (Orta Doğu Teknik Üniversitesi) "İnce Film Silisyum Güneş Hücrelerinde Işık Yönetimi"

10:15 – 10:35 Ç4 Bilge Can Yıldız (Atılım Üniversitesi) “Metal Nanoyapılarda İkinci Harmonik Üretiminin Fano Çınlamaları ile Artırımı”

10:35 – 11:00 ÇAY-KAHVE ARASI 2. Oturum 11:00 – 11:20 Ç5 Zafer Gedik (Sabancı Üniversitesi)

“Karşılıklı Adil Tabanlar (KATlar)” 11:20 – 11:40 Ç6 Adem Tekin (İstanbul Teknik Üniversitesi)

“Computational Design of Energy Materials Ab Initio Force Field Development” 11:40 – 12:00 Ç7 Lütfi Özyüzer (İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü)

„‟Terahertz Dalga Kaynakları: Süperiletkenlerde Özgün Josephson Eklemleri ve Kuantum Kademeli Lazerler‟‟

12:00 – 12:20 Ç8 Sevil Özer (İstanbul Yeni Yüzyıl Üniversitesi) “Biyomoleküler Uygulamalar için Piezo ve Manyetik olmak üzere Çift Eyleyiciye Sahip Atomik Kuvvet Mikroskopu (AKM) Tasarımı”

12:20 – 14:00 ÖĞLE YEMEĞİ 3. Oturum 14:00 – 14:20 Ç9 Serap Yiğen (İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü)

“Grafende Elektronik Termal İletkenlik Ölçümleri” 14:20 – 14:40 Ç10 Ceren Sibel Sayın (Bilkent Üniversitesi)

“4H-SiC0001 Yüzeyleri Üzerinde Grafenin Sürtünme Özellikleri” 14:40 – 14:55 S1 Engin Durgun (Bilkent Üniversitesi)

“Düzlemsel İki Boyutlu GaN/AIN Hetero Yapıları ve Kuantum Kuyuları” 14:55 – 15:10 S2 Barış Pekerten (Sabancı Üniversitesi)

“Çok Kanallı Majorana Tellerinde Düzensizlikçe Tetiklenen Topolojik Geçişler” 15:10 – 15:25 S3 Bayram Kılıç (Yalova Üniversitesi)

“Grafen Tabanlı Nano-Yarıiletkenlerin Sentezinin Yapılarak N719 Boya ile Duyarlı Hale Getirilmiş Fotovoltaik Hücre Üretiminin Gerçekleştirilmesi”

15:25 – 15:50 ÇAY-KAHVE ARASI 4. Oturum 15:50 – 16:10 Ç11 Ali Gençer (Ankara Universitesi)

“Türkiye‟de Süperiletkenliğin Endüstriyel Uygulamaları” 16:10 – 16:30 Ç12 Yusuf Yüksel (Dokuz Eylül Üniversitesi)

“Manyetik Nanoparçacıklarda Değiş-Tokuş Anizotropisinin Dinamik Manyetik Alanlar Varlığındaki Davranışı”

16:30 – 16:45 S4 Alper Özoğul (Bilkent Üniversitesi) “Platin Nanoparçacıkların Ortam Koşullarında Yapısal Kayganlığının Araştırılması”

16:45 – 17:00 S5 Bayram Kocaman (Gebze Teknik Üniversitesi) “IrMn Tabanlı Manyetik Sensörlerin Tavalam Sıcaklığına Bağlı Davranışı”

17:00 – 17:15 S6 Mehmet Batı (Recep Tayyip Erdoğan Üniversitesi) “Ters Parabolik Çoklu Kuantum Bariyer Yapısında Rezonant Tünelleme Olayı”

17:15 – 18:15 POSTER 18:15 Akşam yemeği için kampüsten Urla Ġskeleye servis kalkacaktır

Çağrılı Konuşmacılar

YOĞUN MADDE FİZİĞİ – İZMİR TOPLANTISI, İZMİR YÜKSEK TEKNOLOJİ ENSTİTÜSÜ, 21 NİSAN 2017

BODIPY ve Aza-BODIPY Boyalarında Elektron Aktarım Dinamikleri ve Elektron Aktarımının Boya Duyarlılaştırılmış Güneş Pillerine Etkilerinin

Araştırılması

H. Gül Yağlıoğlu*, Mustafa Hayvalı**, Elif Yıldız*, Halil Yılmaz**, Betül Küçüköz, Gökhan Sevinç**, Ahmet Karatay*

*Ankara Üniversitesi – Fizik Mühendisliği Bölümü, 06100 Ankara

**Ankara Üniversitesi – Kimya Bölümü, 06100 Ankara

Bu konuşmada, Ankara Üniversitesinde Aza-BODIPY ve BODIPY boyaları ve bu boyaların teknolojik uygulamalarda kullanılabilirlikleri üzerine yapılan çalışmalardan bahsedilecektir. Orijinal boyalar dizayn edilip, sentezlenerek molekül içi yük transferleri ultrahızlı pompa-gözlem spektroskopi tekniği ile araştırılmıştır. Araştırmalar, bu bileşiklerde elektron verici/alıcı yan gruplar ve ağır atom varlığının elektron transferlerinin hem ultrahızlı ömürlerini hem de etkinliğini değiştirdiğini göstermiştir. Molekül içi elektron transferinin değişimi sayesinde bu bileşiklerin iki foton soğurma, pH algılama özellikleri ve fotodinamik terapi uygulamalarında kullanılabilirliklerinin geliştirilebildiği anlaşılmıştır. Elde edilen bilgi birikimi ile, bu bileşiklerin boya duyarlılaştırılmış güneş pillerinde kullanılabilirlikleri ve yük transferlerinin pil verimlerine etkileri üzerine araştırmalara başlanmıştır.

Boron-dipyrromethene (BODIPY) ve aza-BODIPY bileşikleri son yıllarda özellikle optik ve doğrusal olmayan optik uygulama alanlarında popüler olarak kullanılan organik boyalardır (Şekil 1). Yaptığımız araştırmalar, bu bileşiklerde elektron verici/alıcı yan grupların ve bağlanan ağır atomun (Br gibi) molekül içi yük transferini değiştirdiğini göstermiştir. Molekül içi yük transferlerinin modifiye edilmesi sayesinde bu moleküllerin telekom uygulamaları için gerekli olan infrared iki foton soğurma özelliklerinin [1], pH algılayıcı özelliklerinin [2] ve iki foton soğurmalı fotodinamik terapi uygulamalarında kullanılabilirliklerinin [3] geliştirilebileceği bulunmuştur.

N

N

N+

B-

F F

R R

RR

1

2

3

4

5

6 7

8

910 11

alfa

beta

N N+

B-

F F

3

2

18 7

6

5

4

3a 4a

beta

alfa Aza-BODIPY BODIPY Şekil 1: Aza-BODIPY ve BODIPY bileşiklerinin yapısı

Şekil 2: Boya duyarlılaştırılmış güneş pillerinin şematik gösterimi [4] Son yıllarda, BODIPY ve aza-BODIPY bileşiklerinde moleküller arası yük transferleri de çalışılmıştır [5]. Yük transferlerinin en güncel uygulama alanlarından birisi boya duyarlılaştırılmış güneş pilleridir (DSSC) (Şekil 2). Konuşmanın son bölümünde, BODIPY ve aza-BODIPY boyaları kullanılarak yapılan DSSC’ler ve elektron aktarım dinamiklerinin DSSC’lerin verimlerini nasıl etkilediği üzerine yapmakta olduğumuz çalışmalardan bahsedilecektir.

Bu çalışmanın boya duyarlılaştırılmış güneş pilleri ile ilgili kısmı Tübitak (No: 115F400) tarafından desteklenmektedir.

Kaynakça 1. H. Yılmaz, B. Küçüköz, G. Sevinç, S. Tekin, and H. G. Yaglioglu, Dyes and Pigments, 99, 979-985 (2013). 2. G. Sevinç, B. Küçüköz, H. Yılmaz, G. Şirikçi, H. G. Yaglioglu, M. Hayvalı, and A. Elmalı, Sensors and

Actuators B, 193, 737-744 (2014). 3. B. Küçüköz, G. Sevinç, E. Yildiz, A. Karatay, F. Zhong, H. Yılmaz, Y. Tutel, M. Hayvalı, J. Zhao, and H.

G. Yagioglu, Phys. Chem. Chem. Phys., 18, 13546-13553 (2016). 4. A. Hagfeldt, G. Boschloo, L. Sun, L. Kloo, H .Pettersson,. “Dye-Sensitized Solar Cells”, Chem. Rev., 110,

6595–6663 (2010). 5. S. Guo, L. Ma, J. Zhao, B. Küçüköz, A. Karatay, M. Hayvali, H. G. Yaglioglu, and A. Elmali, Chem. Sci.,

5, 489 (2014).

Ç1


Plekzimonlar: Plekzitonların Plazmon Polaritonlar ile Güçlü Etkleşimi

Sinan BALCI1, Osman BALCI2, Nurbek Kakenov2, Coşkun Kocabaş2

1Türk Hava Kurumu Üniversitesi, Uzay Mühendisliği Bölümü, 06900 Ankara 2Bilkent Üniversitesi, Fizik Bölümü, 06800 Ankara

Bu çalışma kapsamında J-aggregate boyalarının ekzitonu, gümüş nanopirizmaların lokalize plazmon polaritonları ve ince gümüş filmler üzerinde oluşan ilerleyen plazmon polairtonların etkileşimi zayıf ve kuvvetli etkileşim bölgelerinde detaylı bir şekilde incelendi. Kuvvetli etkileşim bölgesinde yeni bir plazmon-ekziton-plazmon hibrit optik modu gözlemledik. Bu yeni moda plekzimon adını verdik. Polarizasyona hassas optik yansıma deneyleri sonucu plekzimonların gurup hızları dağılma grafiklerini kullanılarak ölçülmüştür.

Nanoteknolojide ortaya çıkan yeni üretim ve

kimyasal sentez teknikleri nanoboyutta madde ile ışığın etkileşimini gün geçtikçe daha iyi analamamıza fırsat vermektedir. Son zamanlarda plazmonik sistemlerin ekzitonik sistemler ile birleştirilmesi sonucu güçlü etkileşim blgesinde plekziton adı verilen yeni optik modlar bulunmuştur.[1] Yakın zamanda kolloidsel olarak kararlı olan plekzitonik nanoparçacıkların kimyasal sentezini başardık.[2, 3] Gümüş nanopirizmalar üzerine kontrollü bir şekilde yerleştirilen J-aggregate boyaları ile plazmon-ekziton eşlenmesi kontrol edildi. Düz metal filmleri üzerine kaplanan ince bir dilektrik film yardımı ile plekzitonik nanoparçacıklar ile düz metal filmlerinin etkileşimi kontrol edildi. Metal filmin kalınlığı burada etkileşimi belirleyen çok önemli bir faktördür. İnce metal filmlerde plekzitonik modlarda bir yarılma gözlenmedi. Fakat kalın metal filmlerinde kuvvetli etkileşim bölgesi gözlemlendi, Şekil 1. Kuvvetli etkileşim bölgesinde plazmon-ekziton-plazmon hibrit optik modu gözlemlendi. Bu yeni optik hibrit moda plekzimon modu adını verdik.[4] Şu ana

kadar yapılan çalışmalar toplu parçacık seviyesinde yapılmıştır. Son yapılan çalışmalarımızda şu ana kadar yaptığımız çalışmalar tek parçacık seviyesinde yapılmaktadır. [5]

Şekil 1: Plekzimonların oluşumu. (a) Plazmon-ekziton

güçlü etkileşimi ve plekziton oluşumu. (b) Plekziton-plazmon güçlü etkileşimi ve plekzimon oluşumu.

Sonuç olarak, yapılan çalışmalar sonucu

kuvvetli etkileşim bölgesinde plekzimon adını verdiğimiz plazmon-ekziton-plazmon hibrit optik durumları gözlenlenmiştir.

Kaynakça

1. N. T. Fofang, T. H. Park, O. Neumann et al., “Plexcitonic Nanoparticles: Plasmon-Exciton Coupling in Nanoshell-J-Aggregate Complexes,” Nano Letters, 8(10), 3481-3487 (2008).

2. S. Balci, B. Kucukoz, O. Balci et al., “Tunable Plexcitonic Nanoparticles: A Model System for Studying Plasmon-Exciton Interaction from the Weak to the Ultrastrong Coupling Regime,” Acs Photonics, 3(11), 2010-2016 (2016).

3. S. Balci, “Ultrastrong plasmon-exciton coupling in metal nanoprisms with J-aggregates,” Optics Letters, 38(21), 4498-4501 (2013).

4. S. Balci, and C. Kocabas, “Ultra hybrid plasmonics: strong coupling of plexcitons with plasmon polaritons,” Optics Letters, 40(14), 3424-3427 (2015).

5. M. Wersall, J. Cuadra, T. J. Antosiewicz et al., “Observation of Mode Splitting in Photoluminescence of Individual Plasmonic Nanoparticles Strongly Coupled to Molecular Excitons,” Nano Letters, 17(1), 551-558 (2017).

Ç2


İnce Film Silisyum Güneş Hücrelerinde Işık Yönetimi

Selçuk Yerci

Mikro ve Nanoteknoloji Anabilim Dalı, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü, Güneş Enerjisi Araştırma Merkezi, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Ankara

Günümüz fotovoltaik teknolojisinde kullanılan yüksek verimliliğe sahip tek kristal silisyum (k-Si) güneş hücrelerinin kalınlığı yaklaşık 180 mikrondur ve Si pulunun maliyeti güneş modülün toplam maliyetinin yaklaşık olarak üçte birine tekabül etmektedir. Gelecekte Si pul kesme teknolojisi kullanılarak 120 mikron kalınlığında Si pullarının üretileceğini öngörülmektedir. Ancak Si kalınlığındaki bu sınırlı azalmanın maliyet/verimlilik oranına etkisi de çok sınırlı kalacaktır. İnce film (~10-40 mikron) k-Si pullarından üretilen yüksek verimlilikteki güneş hücreleri Si hücre maliyetini azaltılabilir. Tek kristal ince film Si güneş hücrelerinin üretilebilmesi için üç temel zorluk vardır. Bunlar silisyumun kütükten sıyrılması, güneş hücresinin üretim değişkenlerinin ince film Si güneş hücreleri için optimizasyonu, ve ince film Si güneş hücreleri için uygun ışık kapanı yapılarının geliştirilmesidir.

Silisyum dolaylı bant yapısını nedeniyle zayıf bir ışık soğurucudur. 20 m kalınlığındaki bir silisyumun 800 nm ve üzerindeki dalga boylarındaki fotonları verimli bir şekilde soğurması için ışık kapanına ihtiyacı vardır. Günümüz teknolojisi kalın Si güneş hücrelerinde ışığın Si içerisinde soğurmasını artırmak için yüzeyde boyutları 3-10 m mertebesinde olan rastgele piramitler oluşturulur. Ancak bu yapılar ince Si güneş hücreleri için çok büyük olduklarından uygun değildirler.

Bu sunumda, ince film k-Si güneş hücreleri için geliştirdiğimiz ışık kapanı yapılarından örnekler sunulacaktır. Kalınlıkları 8 – 30 mikron ve verimleri 9,6 – 15,7 % arasında değişen farklı ışık kapanı yapılarına sahip k-Si güneş hücrelerinin performansları tartışılacaktır. Bu sonuçlar uygun ışık kapanı kullanılan ince film kristal silisyumun esnek, hafif ve verimli güneş hücre üretimi için uygun bir malzeme olduğunu göstermektedir.

Ç3


Metal Nanoyapılarda İkinci Harmonik Üretiminin Fano Çınlamaları ile Artırımı

Bilge Can Yıldız

Atılım Üniversitesi- Fizik, 06830 Ankara Plazmonik rezonans özellikleri taşıyan metal nanoyapıların ışığı nano ölçekte hapsetmesi ile elde edilen şiddetli yakın alan, doğrusal olmayan optik etkilerin ortaya çıkmasını da beraberinde getirir. İkinci harmonik üretim işlemi, ayna simetrisine sahip olmayan ve birbirinin yaklaşık iki katı frekansta iki farklı plazmon kipi destekleyen nanoparçacıklar ile yerelleştirilmiş şiddetli elektromanyetik polarizasyon alanlarında gözlenebilir. Bu çalışmada, sıcak nokta (hotspot) adı verilen bu şiddetli alanlara yerleştirilen ve tek salınım kipi destekleyen basit ikinci bir nanoyapının, ikinci harmonik üretim şiddetini artırabildiği kuramsal ve deneysel olarak gösterilmektedir. Bu durum iki plazmonik salıngaçtan oluşan sistemdeki plazmon kipleri arasındaki çiftlenme sonucu meydana gelen ve Fano çınlaması adı verilen girişim etkilerinden kaynaklanmaktadır. Böyle bir sistemden elde edilebilecek ikinci harmonik üretimi, harmonik salıngaçlara dayanan kuramsal bir model ile ele alınmış ve farklı çiftlenme parametreleri için sonuçlar elde edilmiştir. Kuramsal modelde çalışılan sistemi temsil edebilecek, gümüş nanoyapılardan oluşan bir örnek üzerinde ikinci harmonik üretim sinyali ölçülmüştür. Deneysel çalışmada ikinci harmonik üretimin iki nanoyapının bir arada olduğu noktada 30 kat daha güçlü çıkıtığı gözlenmiştir. Bu artırım çarpanı, belli bir parametre kümesi için kuramsal modelde elde edilen sonuçla da örtüşmektedir [1].

Kaynakça 1. B. C. Yildiz, M. E. Tasgin, M. K. Abak, S. Coskun, H. E. Unalan, and A. Bek, “Enhanced second harmonic

generation from coupled asymmetric plasmonic metal nanostructures,” Journal of Optics, vol. 17, no. 12, p. 125005, 2015.

Ç4


Karşılıklı Adil Tabanlar (KATlar) Zafer GEDİK

Sabancı Üniversitesi Fizik Bölümü Sonlu boyutlu bir Hilbert uzayında iki taban, alınan her taban vektörü çifti için aynı iç çarpıma sahiplerse, karşılıklı adil tabanlar (KAT) olarak adlandırılırlar. Bir başka deyişle, bir fiziksel sistem, tabanlardan birine ait durum vektörüne sahipse, diğer tabanda yapılacak ölçüm sonuçlarının hepsi eşit olasılıkla gözlenecektir. KATların sayısının uzayın boyutunun bir fazlasını geçemeyeceğini görmek ne kadar kolaysa, verilen bir boyut için azami sayıyı bulmak da o kadar zordur. Sadece, boyutun asal sayı ya da kuvveti olması durumunda cevap bilinmektedir. Örneğin, 6 boyut için taban sayısının 3’ü geçemeyeceği hala kanıtlanamamış, nümerik hesaplamalara dayanan bir iddiadır. İlk olarak Schwinger tarafından 1960’da tanımlanmış olmalarına rağmen, KATların önemi son yıllarda, özellikle kuantum enformasyon kuramındaki uygulamalarıyla anlaşılmıştır. Bu konuşmada, KATlarla ilgili kısa bir girişin ardından kuantum hesaplamadaki önemlerinden bahsedilecektir.

Ç5


Computational design of energy materials and ab inito force field development

Adem Tekin

İstanbul Teknik Üniversitesi Bilişim Enstitüsü, 34469 Maslak, İstanbul

In this talk, I will focus on two different areas of computational research. In the first part, I will talk about how energy materials can be designed using density functional theory. In some cases, crystal structure of a material, which determines all the physical properties of the material, is not known. In such circumstances, computational approaches play a crucial role. In order to predict the crystal structure of a material, we developed a method called as CrystAl Structure Prediction via Simulated Annealing (CASPESA).

I will also give several successful applications of CASPESA, in particular for the crystal structure prediction for hydrogen storage materials. Moreover, I will talk about how computational tools can be employed to determine the bulk diffusion of ammonia in metal ammines and how a heterogeneous catalyst can be designed to crach ammonia into hydrogen. The final part of my talk contains ab-initio intermolecular intermolecular force field developments for several prototype dimers (e.g., benzene-benzene, acetylene-benzene and acetylene-acetylene) and DNA bases. Force

Fields (empirical energy functions used to calculate the potential energy of a system) are essential to carry out large molecular dynamic simulations. Even though they are so efficient in terms of computational time, their accuracy is quite limited compared to the first principles of calculations. In order to obtain more reliable intermolecular force fields, one common strategy is the employment of high accurate ab-initio during the development of the force field. In this talk, I will try to describe this strategy for several prototype dimers and DNA bases.

Ç6


Terahertz Dalga Kaynakları: Süperiletkenlerde Özgün Josephson Eklemleri ve Kuantum Kademeli Lazerler

Lütfi ÖZYÜZER

İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü- Fizik Bölümü, 35430 İzmir [email protected]

Elektromanyetik spektrumun terahertz (THz) bölgesi (0.1-10 THz) mikrodalga ve kızıl ötesi arasında bulunup, kompakt, frekansı ayarlanabilir, sürekli ışıma yapan kaynaklardan yoksundur. Halbuki THz dalga boyları çoğu kimyasalların ve biyolojik malzemelerin temel titreşim frekanslarını içerip, onlar hakkında bilgi edinilebilecek bir aralıktadır. Bunların yanında karton ve plastik gibi paketleme malzemelerinden geçip metallerden yansır ki kamufle edilmiş silahların bulunması ve havaalanı güvenliğinde etkin olarak kullanılabilir. THz frekansları iletişimde kullanıldığında geniş band aralığına sahip olmanın yanında, tıbbi görüntülemede ise yüksek çözünürlüğe ulaşılır. Josephson eklemi iki süperiletkenin nanometre kalınlığında bir yalıtkanla ayrılmasıyla oluşur ve bilinen en basit voltaj-yüksek frekans dönüştürücüsüdür. Tek kristal Bi2Sr2CaCu2O8 (Bi2212) yüksek sıcaklık süperiletkeni doğal olarak c-ekseni boyunca sıralanmış süperiletken CuO2 katmanları ile yalıtkan Bi-O ve Sr-O katmanlarından oluşur. Bu doğal katmanlı yapı c-ekseni boyunca tünel eklemler oluşturur ve özgün Josephson eklemleri olarak isimlendirilir. AC Josephson olayı kullanılarak bu tünel eklem dizilerinin terahertz dalga boyunda güçlü ışıması uzun yıllardır teorik olarak araştırılmış ama koherent ve şiddetli bir ışıma elde edilememiştir. Yirmi yılı aşkın süredir elektron ve cooper çifti tünellemeleri üzerine çalışmamız [1] ve tünel eklemlerdeki ısınma olaylarındaki bilgi birikimimiz [2] neticesinde yeni bir tasarım yapılarak terahertz ışıma gözlenmesi planlanmıştır. Lazer kavitesine benzeşim yapıldığında, süperiletken dikdörtgen prizması şeklindeki örnek içinde, elektromanyetik kavite rezonansının uyarılması bir makroskopik kuantum durumu oluşturur ki, çok sayıdaki tünel eklem senkronize olarak aynı fazda THz frekansında titreşmeye başlar. Bu prensip doğrultusunda Bi2212 tek kristalleri üzerine fotolitografi ve iyon demeti aşındırma yöntemleri ile çeşitli boyutlarda mesa yapılar hazırlanarak, düşük sıcaklıklarda akım-gerilim ve bolometreden gerilime bağlı olarak terahertz ışımaları incelenmiştir. Dikdörtgen prizması şeklinde hazırlanmış özgün Josephson eklemlerinden 0.85 THz’e kadar sürekli, koherent ve polarize ışıma ilk defa elde edilmiş ve bolometre ve FTIR spektrometre ile dedekte edilmiştir. Işıma gücünün Josephson eklemlerinin sayısının karesi ile arttığı ve 0.5 W’a kadar ulaştığı bulunmuştur. Mesa boyutlarına bağlı olarak ışımanın frekansının değiştirilebildiği ve 50 K’e kadar sıcaklıklarda ışıma yaptığı tespit edilmiştir. Elde edilen sonuçlar süperiletkeniletken kompakt THz kaynaklarının geliştirilmesine ve bu frekans aralığının süperiletken elektroniği yardımıyla daha etkin kullanılmasına öncelik edecektir [3]. Katıhal THz kaynakları konusundaki son gelişmeler tartışılacaktır [4].

Anahtar Kelimeler: Terahertz dalgaları, Terahertz görüntüleme, Josepson eklemleri, Süperiletkenler, Kuantum kademeli lazerler.

Bu çalışma TÜBİTAK 215E113 nolu proje ile desteklenmektedir.

Kaynakça 1. L. Ozyuzer et al. Phys. Rev. B 61, 3629 (2000). 2. L. Ozyuzer et al. IEEE Trans. Appl. Supercond. 15, 181 (2005). 3. L. Ozyuzer et al. Science 318, 1291 (2007). 4. F. Turkoglu et al. Supercond. Sci. and Tech. 25, 125004 (2012).

Ç7


Biyomoleküler Uygulamalar için Piezo ve Manyetik olmak üzere Çift Eyleyiciye Sahip Atomik Kuvvet Mikroskopu (AKM) Tasarımı

Sevil Özer1, Semih Sevim1,3, Luying Feng2, Hamdi Torun2

[1] Biyomedikal Muhendisligi, Yeniyuzyil Üniversitesi, İstanbul

[2] Elektrik Elektronik Bölümü, Boğaziçi Üniversitesi, İstanbul [3] Elektrik Elektronik Bölümü, ETH Üniversitesi, Zurih

Karmaşık biyomoleküler yapıların kinematiğinin doğrudan gözlemlenmesini imkan kıldığından dolayı, tekli-biyomolekül kuvvet spektroskopisi güçlü bir metod halini almıştır. Atomik kuvvet mikroskopu, nano boyuttaki cisimleri hareket ettirme/bu boyutlardaki cisimlerin etkileşimlerini gözlemleme kabiliyetinden dolayı, en sık kullanılan tek-molekül kuvvet spektroskopisi tekniği olmuştur. Atomik kuvvet mikroskopunu kullanarak biomoleküllerin bağ yapıları hakkında daha geniş bilgilere ulaşılabilir, Örneğin moleküller arası etkileşim, bağlardaki kuvvet seviyeleri, iki molekül arası yapışma kuvveti ve yapışma uzunluğu gibi bir çok bilgilere, AKM ile molekülleri birbirinden çekerek yada iterek ulaşabiliriz. Bu çalışmamızda, geleneksel piezo eyleyicisi ile birlikte elektrikli mıknatıssal eyleyiciye sahip olan yeni bir atomik kuvvet mikroskobunun (AKM) tasarımı ve nitelendirmesi ve biomoleküler deneyler için küçültülmüş manyetik parcacıkların eyleyici olarak kullanıldıgı özgün bir AKM tekniği sunulmaktadır1,2. AKM kafasının mekanik montajında üç boyutlu yazıcı teknolojisinden yararlanılmıştır, NI-LabView ortamında programlanan bir PXI gömülü denetim birimi, elektromanyetik eyleyici ile entegre edilmiş AKM sistemi sürmek için kullanılır. Ticari manivelalar ile 1 kHz bant genişliği içinde 2 pN ve 3 pN bütünleşik kuvvet çözünürlüğüne, sırasıyla hava ve sıvı içerisinde ulaşılmıştır. Ek olarak, bir FeCo uçlu elektromıknatıs 0.55 Tesla’ya kadar dikey manyetik alan ile yüksek kuvvetli manivela tahriğini sağlamaktadır. Bobinin Joule ısınmasından dolayı olan sıcaklık artışını önlemek için, TEC kullanılarak, 0.1°C sıcaklık değişimine ulaşılmıştır. İki farklı çift biyomolekül kullanılarak, tek molekül deneyleri yürütülmüştür. Bu testler için literaturde sık karşılaşılan Biyotin-Strepatavidin molekül çifti ile Heparin-FGF2 molekül çifti arasındaki bağlar incelenmiş ve raporlanmıştir. Her iki biyomolekül çifti geleneksel yöntemler kullanılarak laboratuvarımızda mevcut ticari AKM (Bruker-Dimension Edge), ve kendi tasarımımız manyetik eyleyici ile entegre edilmiş AKM sistemlerinde derinlemesine incelenmiş ve sonuçlar karşılaştırılmıştır. AKM manivelasının geleneksel piezo eyleyici ile çalıstırılmasına ek olarak, biyomolekül çiftlerimizi durağan bir manivelaya karşı elektromıknatıs kullanılarak yönlendirilen fonksiyonel haldeki manyetik mikro-boncuklar kullanılarak incelenmiş ve her iki yöntemin sonuçları karşılaştırılmıştır. Son yöntem sistemdeki mekanik sapmada önemli bir azalmaya yol açar, çünkü deneyler herhangi bir sert yüzeye gerek olmadan sergilenebilir ve manivela ile boncuk arasında ölçülen kuvvet tabiati gereği ayrışıktır. Eyleyicinin boyutunu küçültmek AKM manivelalarının üzerine düşen hidrodinamik kuvvetleri küçülterek eyleyicinin hızını/performanısını artırabilir. Bütün bunlara ek olarak, kullandığımız yöntem herhangi bir aktif geri besleme olmadan kuvvet kelepçe deneyler gerçekleştirmek için de boncuklar üzerinde sabit kuvvet uygulanabilmesine izin vermektedir. Bu yöntem herhangi bir geri besleme kullanmadan, molekül çiftleri arasındaki kuvveti sabit tutarak aralarındaki etkileşimi incelememize olanak sunmuştur1,2,3. Bu proje Avrupa Birliği 7. Çerçeve Programı altında (ICT FET-open) 296679 nolu proje kapsamında desteklenmiştir

Kaynakça 1. S.Sevim, S.Ozer, L.Feng, J.Wurzel, A.Fakhraee, N.Shamsudhin, B. Jang, C. Alcantara, O.Ergeneman,

E.Pellicier, J. Sort, T.Luehmann, S.Pane, B.J.Nelson, H.Torun, "Dually actuated AFM with miniaturized-magnetic bead actuators for single-molecule force measurements", Nanoscale Horizons, September, 2016

2. S.Sevim, N.Shamsudhin, S.Ozer, L.Feng, A.Fakhraee, O.Ergeneman, B.J.Nelson, H.Torun, "An Atomic Force Microscope with Dual Actuation Capability for Biomoleculer Experiments", Scientific Reports, May, 2016

3. S.Sevim, S.Ozer, G.Jones, J.Wurzel, L.Feng, A.Fakhraee, N.Shamsudhin, O.Ergeneman, E.Pellicier, S.Pane, B.J.Nelson, H.Torun, T.Luehmann, "Nanomechanics on FGF-2 and heparin reveal slip bond characteristics wih pH dependency", ACS Biomaterials Science and Engineering, 2017

Ç8


Grafende Elektronik Termal İletkenlik Ölçümleri

Serap Yiğen*

Concordia University, Department of Physics, Montreal, QC Canada *(Şu anki adresi: İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü, Fizik Bölümü, İzmir, Türkiye)

Grafende elektronik termal iletkenlik çalışmaları, hem bilimsel araştırmalar hem de teknololoji uygulamaları açısından büyük önem taşımaktadır. Bu çalışmalar, grafenin elektronik ve fononik özellikleri ve elektron-fonon etkileşimleri hakkında bilgi vermektedir. Bu bilgi, enerjinin yük taşıyıcıları tarafından nasıl taşındığı ve elektron-fonon arasındaki enerji transfer mekanizmalarını anlamamıza yardımcı olmaktadır. Ayrıca grafen tabanlı nano-aygıtların geliştirilmesi ve performanslarının iyileştirilmesi için de önemli bir rol oynamaktadır. Grafenin termal iletkenliğinin çok yüksek değerlere ulaşabildiği ve ısının etkin olarak fononlar tarafından taşındığı önceki çalışmalarda görülmüştür. Bu fonon - dominant ısı iletimi, elektronik termal iletkenliğin izole edilmesini zorlaştırmıştır. Biz bu çalışmamızda, Joule ısınma yasası ve 2-nokta elektron tranport ölçümlerini kullanarak elektronik termal iletkenliği izole edebildiğimiz bir methot geliştirdik.

Deneylerimiz için yüksek mobiliteli, temiz ve alttaş üzerine asılı grafen transistörler tasarlanmış ve üretilmiştir. Ölçümlerimiz, elektron ve fonon sıcaklıklarının ayrıştığı düşük voltaj ve orta sıcaklık aralıklarında gerçekleştirilmiştir. Kullandığımız elektron termometri yöntemi sayesinde, grafenin direnci hem termometre hem de ısıtıcı olarak kullanılmıştır. Böylece hem elektron sıcaklığı gözlemlenmiş hem de grafen üzerinde bir sıcaklık gradyanı oluşturulmuştur. Isı denkleminden grafenin elektronik termal iletkenliği çıkarılmıştır. Grafenin elektronik termal iletkenliğinin, sıcaklık ve yük taşıyıcı yoğunluğu ile olan değişimleri çalışılmıştır. Elde ettiğimiz sonuçlarda, elektronik termal iletkenkenliğin sıcaklığa karşı güçlü bir bağımlılık gösterdiği gözlemlenmiştir [1]. Bulduğumuz değerlerin teoride beklenen değerler ile tuturlı olduğu görülmüştür. Ayrıca, elektron ve boşluk yüklediğimiz grafende Wiedemann-Franz kanunun geçerli olduğu ispatlanmıştır. Elektronik termal iletkenliğin yük taşıyıcı yoğunluğu ile değiştirilebildiği ve grafenin termal transistör etkisi gösterdiği gözlemlenmiştir [2].

Kaynakça

1. S. Yiğen, V. Tayari, J. O. Island, J. M. Porter and A. R. Champagne, “Electronic Thermal Conductivity Measurements in Intrinsic Graphene”, Phys. Rev. B 87, 241411(R) (2013).

2. S. Yiğen and A. R. Champagne, “Wiedemann-Franz Relation and Thermal-Transistor Effect in Suspended Graphene”, Nano Lett. 14, 289 - 293, (2014).

Ç9


4H-SiC0001 Yüzeyleri Üzerinde Grafenin Sürtünme Özellikleri

Ceren Sibel Sayin, Oğuz Gülseren

Bilkent Üniversitesi-Fizik Bölümü, 06800 Ankara

4H-SiC0001 yüzeyleri üzerine konulmuş grafen tabakalarının sürtünmesel özellikleri yoğunluk fonksiyoneli teorisi (YFT) kullanılarak incelendi. Tek katmandan, beş katmana kadar farklı kalınlıklardaki grafen tabakaları için elde edilen potansiyel enerji yüzeylerinden yola çıkarak sürtünmenin yüzeyler arasında gösterdiği farklılıklar ve tabaka kalınlığına bağlılığı incelenerek literatürdeki verilerle karşılaştırıldı. Sürtünmenin uygulanan uygulanan normal kuvvetle değişimi ve kaydırma boyunca elektronik yapıda meydana gelen değişiklikler ortaya konuldu.

Gündelik hayattan ileri teknoloji uygulamalarına dek her alanda ortaya çıkan sürtünme fenomeninin hem kontrol edilebilmesi hem de doğasının anlaşılabilmesi adına Amonton-Coulomb yasası gibi basit empiric formüllerin ötesine geçilmeye çalışılmaktadır. Son yıllarda Atomik Kuvvet Mikroskobu (AKM) gibi pN hassasiyetinde ölçüm yapabilen cihazlar sayesinde nanotriboloji alanında önemli aşama kaydedilmiştir. Metal yüzeylerinden DNA moleküllerine kadar pek çok farklı malzeme için mikro ve nano ölçeklerde kuru sürtünmenin arayüz yapısı, kontakt alanı, kayma hızı, normal kuvvet, sıcaklık, elektrik yükü gibi parametrelere bağlı değişimi ile ilgili çalışmalar yapılmaktadır. Katı kayganlaştırıcı olarak halihazır-da uzun süredir kullanılan “mucize malzeme” grafen ve türevlerinin sürtünme özellikleri de çok sayıda çalışmaya konu olmuş, Prandtl-Tomlinson modeliyle

açıklanan yapış-kay hareketi ilk kez grafitte görülmüş ve süperkayganlık [1] gözlenmiştir. Çalışmamızda 4H-SiC0001 yüzeyleri üzerine konulmuş grafen tabakalarının sürtünmesel özellikleri yoğunluk fonksiyoneli teorisi (YFT) kullanılarak incelendi. Tek katmandan, beş katmana kadar farklı kalınlıklardaki grafen tabakalarının en üst katmanı kaydırılarak potansiyel enerji yüzeyleri elde edildi (Şekil 1) ve bu profillerden hesaplanan sürtünmenin tabaka kalınlığına bağlılığı deneysel veriler [2,3] ve izole grafen için elde edilmiş teorik sonuçlarla [4] karşılaştırıldı. Kaydırma esnasında elektronik yapıda meydana gelen değişiklikler ve enerji profillerinin uygulanan normal kuvvete bağlılığı ortaya konuldu. Teşekkür: Bu çalışma Tübitak tarafından 114F162 No'lu proje ile desteklenmiştir.

Şekil 1: İkili grafenden (n=2) beşli grafene kadar (n=5) farklı katman kalınlıklarındaki grafen tabakalarının 4H-SiC0001 yüzeylerinin Si-yüzü ve C-yüzü üzerinde en üst grafen tabakası kaydırılarak elde edilmiş yüzey enerji profilleri.

Kaynakça 1. M. Dienwiebel, G. S. Verhoeven, N. Pradeep, J. W. M. Frenken, “Superlubricity of Graphite”, Physical

Review Letters, 92, 12 (2004). 2. C. Lee, Q. Li, W. Kalb, X-Z. Liu, H. Berger, R. W. Carpick, J. Hone, “Frictional Characteristics of

Atomically Thin Sheets”, Science, 328, 76 (2010). 3. T. Filleter, J.L. McChesney, A. Bostwick, E. Rotenberg, K.V. Emtsev, Th. Seyller, K. Horn, R. Bennewitz,

“Friction and Dissipation in Epitaxial Graphene Films”, Physical Review Letters, 102, 086102 (2009). 4. W. Gao, A. Tkatchenko, “Sliding Mechanisms in Multilayered Hexagonal Boron Nitride and Graphene:

The Effects of Directionality, Thickness and Sliding Constraints”, Physical Review Letters, 114, 096101 (2015).

Ç10


Türkiye’de Süperiletkenliğin Endüstriyel Uygulamaları

Ali Gencer Ankara Üniversitesi ,06560 Ankara

Ç11


Manyetik Nanoparçacıklarda Değiş-Tokuş Anizotropisinin Dinamik Manyetik Alanlar Varlığındaki Davranışı

Yusuf Yüksel

Dokuz Eylül Üniversitesi Tınaztepe Kampüsü Fen Fakültesi Fizik Bölümü TR-35160 Buca İZMİR Ferromanyetik (FM) bir yapının antiferromanyetik (AFM) bir yapı ile manyetik olarak etkileşmesi sonucu ortaya çıkan değiş-tokuş anizotropisi [1], manyetik-dirençli cihazlar, manyetik algılayıcılar, manyetik sabit disklerde okuyucu başlıklar gibi birçok spintronik sistemin geliştirilmesinde yararlanılan temel bir fiziksel etkidir. Temel olarak manyetik nanoparçacıklar ve manyetik ince filmlerde gözlenen bu etki, mıknatıslanma-manyetik alan şiddeti düzleminde elde edilen histerezis halkalarındaki yatay ve dikey kaymalar şeklinde kendisini gösterir [2]. Sıcaklık, madde içi manyetik etkileşmeler, nanoparçacık çapı (benzer şekilde film kalınlığı) ve yapısal kusurlar gibi parametreler, bu etkiyi doğrudan etkileyen temel fiziksel etmenlerdir [3].

Öte yandan, günümüzde üretilen sabit disk sürücülerinde hedef, konum uzayında az yer kaplayan, ama depolama kapasitesi oldukça yüksek olan cihazlar imal etmektir. Ancak, bu amaçla kullanılan malzemenin yapısal boyutları belli bir kritik ölçeğin altına indirgendiğinde, ısısal dalgalanmalar malzemenin kararlı yapısını bozarak teknolojik açıdan işlevselliğini yitirmesine neden olur. Teknolojik uygulamalar açısından, süperparamanyetik etki yada süperparamanyetizma (SP) olarak bilinen bu olguyu yenmek değiş-tokuş anizotropisi sayesinde mümkün olmakla beraber, SP etkisi bambaşka bir alanda; biyolojik yapılarda organizma içersinde ilaç taşınımını mümkün kılmaktadır.

Değiş-tokuş anizotropisi ve SP fenomenlerinin yukarıda saydığımız (sıcaklık, madde içi manyetik etkileşmeler, vb) unsurlar ile değişimi literatürde çok sayıda kuramsal çalışmanın temel motivasyon kaynağı olmuştur [3,4,5]. Ancak deneysel olarak bu parametrelerin kontrolü genellikle pek kolay olmadığı için sözü edilen fenomenlerden, gerçek sistemlerde faydalı ve kontrollü bir şekilde yararlanmak zorlu bir iştir. Buna karşılık, laboratuar ortamında, genliği ve periyodu kontrol edilebilen salınımlı manyetik alanlar üretmek ve malzeme üzerine etki ettirmek ise görece daha pratik ve etkili bir yöntem vaat etmekle beraber, en iyi bilgimiz dahilinde, bu tür dinamik etkilerin söz konusu fenomenler üzerindeki etkisini incelemek amacıyla ne kuramsal ne de deneysel anlamda bir girişim bugüne dek olmamıştır. Probleme kuramsal açıdan yaklaşılacak olan bu sunumda, kurgulanan nanoparçacık modeli için Monte Carlo simülasyon yönteminin sonuçları ele alınacaktır [6].

Teşekkür

Bu çalışma, 116F011 Numaralı TÜBİTAK 3001 Başlangıç Ar-Ge Projeleri kapsamında desteklenmektedir.

Kaynakça 1. W. H. Meiklejohn and C. P. Bean, Phys. Rev. 102, 1413 (1956). 2. J. Nogues and I. K. Schuller, J. Magn. Magn. Mater. 192, 203 (1999). 3. O. Iglesias, Xavier Batlle, and A. Labarta, J. Nanosci. Nanotechno. 8, 2761 (2008). 4. I. K. Schuller, Mrs Bull. 29, 642 (2004). 5. M. Vasilakaki, E. Eftaxias, and K. N. Trohidou, Phys. Status Solidi A 205, 1865 (2008). 6. Y. Yüksel, Ü. Akıncı, J. Phys. Condens. Matter 28, 486003 (2017).

Ç12

Sözlü Sunumlar


Düzlemsel 2-boyutlu GaN/AlN Hetero-yapıları ve Kuantum Kuyuları

Abdüllatif Önen, Deniz Keçik, Salim Çıracı, Engin Durgun

Bilkent Üniversitesi, UNAM-Ulusal Nanoteknoloji Araştırma Merkezi ve Malzeme Bilimleri ve Nanoteknoloji Enstitüsü, 06800, Ankara

Bu çalışmada [1] tek katmanlı GaN ve AlN şeritlerinden veya çekirdek / kabuklardan inşa edilen düzlem içi kompozit yapılar ve bunların bileşenlerin boyutlarına göre ayarlanabilir, elektronik özelliklerin çeşitliliğini sergilenmektedir. 2B GaN [2] ve AlN [3] sistemleri yakın zaman önce deneysel olarak elde edilmiştir. Hetero yapılarda, elektronların boyutları geniş konstrüktif şeritler halinde sınırlandırıldıklarında (2B’den 1B’ye geçiş) tip I bant hizalamasına ve dolayısıyla direk uzayda çoklu kuantum kuyu yapısına neden olur. Bir dar şeridin diğer geniş şeritlere δ-katkısı, yerel daralma veya bant aralığının genişletilmesiyle sonuçlanır. Kompozit yapıların temel bant aralığının direk-indirek değişimi, hetero-yapıdaki formül ünitesinin tek veya çift değerlerine bağlı olarak elde edilebilir. GaN / AlN çekirdek / kabuklarının desenli bir diziliminde, büyük GaN-çekirdeklerinde birden fazla kuantum noktası oluştururken (2B'den 0B'ye geçiş), AlN gövdesinde elektronlar 2D şeklinde yayılarak süper-kristal meydana getirir. Bu öngörüler, yoğunluk fonksiyonel teorisine dayalı ab initio hesaplalar sonucunda elde edilmiştir. Bu çalışma, TÜBİTAK tarafından 115F088 no'lu Proje kapsamında desteklenmiştir.

Kaynakça 1. Onen, A., Kecik, D., Ciraci S., Durgun, E. “In-plane, commensurate GaN/AlN junctions: single-layer

composite structures, multiple quantum wells and quantum dots”, Phys. Rev. B (basım aşamasında) 2. Al Balushi, Z.Y., Wang, K., Ghosh, R.K., Vilá, R.A., Eichfeld, S.M., Caldwell, J.D., Qin, X., Lin, Y.C.,

DeSario, P.A., Stone, G. and Subramanian, S. “Two-dimensional gallium nitride realized via graphene encapsulation”, Nature Materials 15, 1166-1171 (2016).

3. Tsipas, P., Kassavetis, S., Tsoutsou, D., Xenogiannopoulou, E., Golias, E., Giamini, S.A., Grazianetti, C., Chiappe, D., Molle, A., Fanciulli, M. and Dimoulas, A. “Evidence for graphite-like hexagonal AlN nanosheets epitaxially grown on single crystal Ag (111)”, Applied Physics Letters, 103, 251605.

S1


Çok kanallı Majorana tellerinde düzensizlikçe tetiklenen topolojik geçişler

Barış Pekerten

Sabancı Üniversitesi, 34956 İstanbul

Bu sunumun konusu olan makalede düzensizliğin çok kanallı üstüniletken nanokabloların topolojik özelliğine etkisini araştırdık.[1] Nanotelin topolojik indisi, beklentiye göre tayf aralığının açılıp kapandığı geçişlerde değişir. Biz, çalışmamızda bu indisin taşınım aralıklarının kapanıp açılmasıyla da değişebildiğini, bunun sıfırdan büyük durum yoğunluğu olmasında da geçerli olduğunu gösterdik. Düzensizlikçe tetiklenen bu tür taşınım aralıkları, nanotelin topolojik indisi değiştirerek telin topolojik fazını sıradan halden korunumlu hale geçirebilir veya tersini de yapabilir. Çalışmamızda deneysel olarak da ilginç olan bir sisteme, sıradan üstüniletkenlere yakınlık aracılığıyla eşleşen Rashba spin-yörünge etkileşimli yarıiletken nanotellere yoğunlaştık. Bu tellerdeki topolojik faz geçişleri üstüne herhangi bir düzensizlik yoğunluğu için geçerli olan analitik formüller geliştirdik. Uyguladığımız sıkıbağlanma benzetimleri, analitik sonuçlarımızla herhangi bir uyum değişkeni kullanmadan mükemmel uyum göstermektedir.

Topolojik korunumlu malzemeler, yığınında elektron bant aralığı gösteren ve kenarlarında korunumlu kuantum durumları içeren, maddenin sıradışı bir halidir. Üstüniletkenler de parçacığımsı uyarımları için bant aralığı gösterir ve topolojik korunumlu quantum durumu içerebilir. Bir boyutta bu durumlar sıfır enerjili fermiyonik durumlardır ve Majorana durumları olarak anılırlar. Bu durumlar, değişimli olmayan doğasından dolayı yakın zamanda yoğun ilgi çektiler. Bu çalışmamızda özellikle yoğun deneysel ilgi çekmiş Rashba spin-yörünge etkileşimli s-dalga üstüniletkenlerle eşlenik yarıiletkenleri ele aldık. Bu malzemelerin bir boyutlu halinde literatürde beklenenin aksine indüklenmiş p-dalga üstüniletken modellerinin yetersiz kaldığını kimimiz daha önce göstermişti. [2] Bu çalışmada sonuçlarımızı deneysel olarak önemli olan iki boyutlu ve düzensizlik içeren sistemlere genişlettik ve taşınım bant aralığının kapanıp açılmasıyla oluşan yeniden girişli fazların olduğunu, böylece literatürde iddia edilene göre çok daha zengin bir faz diyagramı olduğunu gösterdik. Bu fazların sınırlarının formüllerini analitik olarak ortaya koyduk ve hesaplarımızın doğruluğunu sıkıbağlanma benzetimleri ile de gösterdik.

Şekil 1: W genişliğinde, Gauss düzensizliği içeren Rashba spin-yörünge etkileşimli topolojik üstüniletken nanotel.

Şekil 2: Kimyasal potansiyel (), Zeeman alanı (B) ve D sınıfı topolojik indis (QD). (a) Nanotel, düşük kimyasal potansiyellerde bir boyutlu p-dalgası topolojik üstüniletken gibi davranır. (b) Manyetik alanın nanoteli tamamen polarize edemediği durumlarda birden fazla taşınım kanalının açılabildiği kimyasal potansiyellerde, literatürde iddia edilenin aksine nanotel, s-dalga çok kanallı topolojik üstüniletken olarak modellenmelidir. Bu durumda yeniden girişli topolojik fazlar görülür.

Kaynakça

1. B. Pekerten, A. Teker, Ö. Bozat, M. Wimmer, and İ. Adagideli, “Disorder-induced topological transitions in multichannel Majorana wires”, Phys. Rev. B 95, 064507 (2017)

2. İ. Adagideli, M. Wimmer and A. Teker, “Effects of electron scattering on the topological properties of nanowires: Majorana fermions from disorder and superlattices”, Phys. Rev. B 89, 144506 (2014)

S2


Grafen Tabanlı Nano-Yarıiletkenlerin Sentezinin Yapılarak, N719 Boya ile Duyarlı Hale Getirilmiş Fotovoltaik Hücre Üretiminin Gerçekleştirilmesi

Bayram KILIÇ

Yalova Üniversitesi- Enerji Sistemleri Mühendisliği Bölümü, 77100 Yalova

Fotovoltaik aygıtlar için modern araştırmalara 1950’li yıllarda kristal silisyum tabanlı güneş hücrelerin üretilmesiyle başlanılmıştır. O zamandan beri; ince film polikristal güneş hücrelerinden amorf yarıiletkenlere, organik güneş hücrelerinden boya ile duyarlı fotovoltaik hücrelere pek çok fotovoltaik hücre konsepti geliştirilmiştir. Farklı hücre dizaynları ve farklı malzeme sistemleri ile güneş hücrelerinde foto-akım dönüşüm verimi artırılmaya çalışılmıştır. İnce-film silisyum ve inorganik birleşik yarıiletken tabanlı güneş hücreleri; elektron ve boşlukların (hollerin) transferi, yük ayrışması ve ışığı soğurmasındaki çoklu rolü ve üstün özelliklerinden dolayı yüksek verimde çalışan güneş hücreleri olarak elde edilmiş ve önemli ölçüde kullanılmaktadır. Bununla birlikte, geleneksel silisyum tabanlı fotovoltaik hücreler, kusur seviyelerini azaltabilmek için yüksek vakum ve sıcaklık ortamları gerektiğinden ve yüksek maliyetten dolayı geniş ölçüde yaygınlaşması sınırlı kalmaktadır. Bu sebeple ucuz maliyette ve kolay yolla üretilebilecek ve katıhal teknolojisinde herhangi bir alan problemi çıkartma yacak fotovoltaik sistemlere ve malzemelere ihtiyaç duyulmuştur. Bu araştırma çalışmasında; grafen nanotabakalar üzerine geniş ve dar bant aralıklı (TiO2 ve FeS2) nanoyarıiletkenleri homojen ve kararlı bağ oluşturacak şekilde sentezlenmesi sağlanmasıdır. Grafen’lerin taban malzeme olarak kullanılması ile güneş hücrelerinde foto-elektron dönüşüm verimini sınırlayan standart TCO taban malzeme probleminin de ortadan kaldırması hedeflenmiştir. Bu araştırma çalışmasında foto anot olarak TiO2 nanoporoys yapılar kullanılmıştır. Bununla birlikte literatürden farklı olarak, boya ile duyarlı fotovoltaik hücrelerde Pt çalışma elektrodu yerine FeS2 nanoyarıiletkeni kullanılmıştır. Solar enerji dönüşüm verimi η=% 7.2 olarak elde edilmiştir.

Şekil.1 Üretilen fotovoltaik hücrelerin şematik gösterimi (a-b) ve elde edilen sonuçlar (c-d)

Kaynakça 1. M. Gratzel, Dye-sensitized solarcell, J.Photochem.Photobiol.C4 (2003) 145–153. 2. A.Hagfeldt, G.Boschloo,L.Sun,L.Kloo,H.Pettersson, Dye-sensitized solar cell, Chem. Rev.110(2010)6595–

6663. 3. S.Shukla,et al., Iron pyrite thin film counter electrodes for dye-sensitized solar cells: high efficiency for

iodine and cobalt redox electrolyte cells, ACSNano8 (2014)10597–10605.

S3


PLATİN NANOPARÇACIKLARIN ORTAM KOŞULLARINDA YAPISAL KAYGANLIĞININ ARAŞTIRILMASI

Alper Özoğul1, Mehmet Z. Baykara1,2

1 Makine Mühendisliği Bölümü, Bilkent Üniversitesi, 06800 Ankara

2 UNAM – Ulusal Nanoteknoloji Araştırma Merkezi, Bilkent Üniversitesi, 06800 Ankara “Yapısal kayganlık” terimi; atomik derecede düz, moleküler seviyede temiz ve yapısal olarak uyumsuz kristal yüzeylerinin birbirleri üzerinde kayarken sergiledikleri çok düşük sürtünme halini tanımlar. Yapısal kayganlık nicel olarak ilk defa ultra yüksek vakum (UHV) koşullarında gözlemlenmiştir [1]. Yakın zamanda, grafit üzerine ısıl olarak buharlaştırılan altın nano adacıklar vasıtasıyla, yapısal kayganlığın ortam koşullarında da elde edilebileceği kanıtlanmıştır [2]. Yapısal kayganlığın ortam koşullarında sadece altın nano adacıklara özgü olup olmadığını anlayabilmek adına, deneylerimizi grafit üzerinde yanal olarak manipüle edilen platin nano adacıkların sürtünme davranışları üzerine yoğunlaştırdık. Bu amaçla, çok düşük miktarda platin, temiz bir grafit yüzey üzerine elektron demeti ile buharlaştırma tekniği kullanılarak ince film olarak yerleştirilmiş, ardından tavlama işlemine maruz bırakılmıştır. Bu şekilde elde edilen nano adacıkların yapısal özellikleri geçirimli elektron mikroskobu

(TEM) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) yardımıyla belirlenmiş ve kristal yapıda oldukları onaylanmıştır. X-ışını fotoelektron spektroskopisi ölçümleri örneklerin üzerinde oksijen varlığına işaret etse de, platinin elektron spektrumunda yapısal bir değişiklik olmaması platin nano adacıkların ortam koşullarında oksitlenmediğini göstermektedir [3]. Kesit alan geçirimli elektron mikroskobu (X-TEM) ölçümlerinde parçacık yüzeylerinde herhangi bir oksit katmanına rastlanmaması da bu sonucu desteklemektedir. Platin nano adacıkların yapısal ve kimyasal karakterizasyonunun ardından, mezoskopik boyutlara sahip (4000 – 75.000 nm2) bir grup adacık üzerinde ortam koşulları altında atomik kuvvet mikroskobu (AFM) vasıtasıyla yanal manipülasyon deneyleri gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar, platin nano adacıkların grafit ile oluşturdukları ara yüzlerde, ortam koşulları altında yapısal kayganlığın gerçekleştiğine işaret etmektedir.

Kaynakça 1. Dietzel, Dirk, et al. "Scaling laws of structural lubricity", Physical Review Letters 111, 235502 (2013). 2. Cihan, Ebru, et al. "Structural lubricity under ambient conditions", Nature Communications 7, 12055

(2016). 3. Li, Zhiyong, et al. "Surface properties of platinum thin films as a function of plasma treatment conditions",

Surface Science 529, 410 (2003).

S4


IrMn tabanlı manyetik sensörlerin tavlama sıcaklığına bağlı davranışı

Bayram Kocaman, Numan Akdoğan

Gebze Teknik Üniversitesi, Fizik Bölümü, 41400 Kocaeli Gebze Teknik Üniversitesi, Nanoteknoloji Enstitüsü, 41400 Kocaeli

Dev manyeto-direnç (GMR) etkisine dayalı spin-vana (SV) çok-katmanlı ince film sistemleri günümüzde sensör teknolojisinde en yoğun çalışılan yapılardır. Bu çalışmada IrMn/Co/Cu/Py/Pt spin-vana filmlerinin manyetik, elektriksel direnç ve yapısal özellikleri incelenmiştir. İnce filmler silisyum (100) tek kristali üzerine magnetron sıçratma tekniği kullanılarak yüksek vakum şartları altında büyütüldü. AFM IrMn katmanın tavlama sıcaklığına (RT, 300°C, 400°C, 500°C) bağlı olarak sensör özelliği açısından gerekli olan exchange bias ve engelleme sıcaklığının nasıl değiştiği sistematik olarak araştırıldı. Buradan gerekli fiziksel özellikler açısından en uygun tavlama sıcaklığı 500°C olarak belirlendi. Belirlenen tavlama sıcaklığı sabit tutularak AFM IrMn katmanın kalınlığına bağlı sensör özelliği için önemli olan fiziksel parametreler çalışılmış ve 4 nm IrMn kalınlığında oda sıcaklığında exchange bias elde edilmiştir.

Son zamanlarda nanoteknolojideki gelişmelere paralel olarak manyetik sensör elemanlarının boyutlarının giderek küçülmesi ve hassasiyetlerinin artırılması mümkün hale gelmiştir. Nano ölçekte bir bölgeye kaydedilmiş manyetik bilgiyi manyeto-direnç etkisi ile okuyabilmek için, bu etkinin yeterince büyük olabileceği malzemeler yoğun olarak araştırılmış ve dev magneto-direnç (GMR) [1] etkisi gösteren yapılar bulunmuştur. GMR etkisini gösteren yapılar arasında teknolojik açıdan en önemlisi antiferromanyetik (AFM)/ferromanyetik (FM)/manyetik olmayan metal (NM)/ferromanyetik (FM) katmanlardan oluşan spin-vana çok-katmanlı ince film yapılarıdır.[2] Spin vana yapısında elektriksel direnç komşu manyetik tabakaların mıknatıslanmalarının birbirlerine göre yönelimine bağlıdır. Yani bu katmanların mıknatıslanmaları paralel olduğu zaman elektriksel direnç düşük, antiparalel olduğu zaman ise çok yüksek olmaktadır. Bu bağlamda spin-vana yapılarında manyetik katmanlar arasında antiparalel düzeni sağlamak için, antiferromanyetik katman ve ona komşu olan ferromanyetik katmanın ara-yüzeylerinde meydana gelen tek yönlü anisotropi oluşturmak gerekir. Bunun için AFM katmanının altına farklı tampon katmanlar büyütülmüştür. Fakat tampon bölgenin kalın olması şönt akımını artırmakta ve sensör sinyalinin azalmasına neden olmaktadır.[3]

Bu çalışmada alttaş olarak silisyum (100) tek kristali üzerine magnetron sıçratma tekniği kullanılarak ultra yüksek vakum ortamında IrMn/Co/Cu/Py/Pt spin-vana filmleri büyütüldü. IrMn tavlama sıcaklığına ve IrMn kalınlığına bağlı olarak iki set örnek hazırlandı. Manyetik özellikler, titreşimli örnek manyetometresi (VSM), elektriksel direnç ölçümleri geleneksel dört nokta yöntemi ve yapısal özellikleri X-ışını kırınımı tekniği ile belirlenmiştir. VSM sonuçlarından IrMn tavlama sıcaklığının artması ile IrMn/Co arasında oluşan exchange bias alanı ve engelleme sıcaklığı önemli ölçüde artmıştır. Belirlenen en uygun tavlama sıcaklığı sabit tutularak, hiçbir tampon katman kullanılmadan IrMn kalınlığına bağlı filmler büyütüldü. IrMn kalınlığının 4 nm olduğu örnek sisteminde oda sıcaklığında exchange bias gözlemlendi. Böylece tampon tabaka kullanılmadan ve IrMn kalınlığı en aza indirilerek, sensör hassasiyetini olumsuz etkileyen şönt akımı önemli ölçüde azaltılabilecektir.

Kaynakça 1. M.N. Baibich, J.M. Broto, A. Fert, F. Nguye Van Dau, F. Petroff, "Giant Magnetoresistance of

(001)Fe/(001)Cr Magnetic Superlattices" Physical review letters, 61 (21), 2472 (1988) 2. S. S. P. Parkin, Physical Review Letters 71 (10), 1641-1644 (1993). 3. H.-R. Lee, K. Lee, J. Cho, Y.-H. Choi, C.-Y. You, M.-H. Jung, F. Bonell, Y. Shiota, S. Miwa and Y.

Suzuki, Scientific Reports 4, 6548 (2014).

S5

Şekil 1: SiO2/IrMn/Co/Cu/Py/Pt filmin engelleme sıcaklığının ve exchange bias alanının IrMn tavlama sıcaklığına bağlı olarak değişimi.


Ters Parabolik Çoklu Kuantum Bariyer Yapısında Rezonant Tünelleme Olayı

Mehmet BATI1, Serpil ŞAKİROĞLU2, İsmail SÖKMEN2

1Recep Tayyip Erdoğan Üniversitesi Fizik Bölümü, 53100 Rize 2Dokuz Eylül Üniversitesi Fizik Bölümü 35390 İzmir

Elektrik alan ön beslemesi altında ters parabolik çoklu kuantum bariyer yapısında rezonant tünelleme olayı incelenmiştir. Geçiş katsayısı, rezonans enerjisi ve akım yoğunluğu-gerilim özelliklerinin hesaplanması için sonlu elemanlar bazlı denge dışı Green fonksiyonu yöntemi kullanılmıştır. Sayısal sonuçlar, elektronik taşınıma bariyer sayısı, yapı parametreleri ve elektrik alanın güçlü bir etkisi olduğunu ortaya koymaktadır. Ayrıca elektrik alan ön beslemesi yokluğunda tam iletimin daha güçlü alan değerleri için önemli ölçüde düştüğü ve sistem parametrelerinin uygun değerlerinde, sistemin negatif diferansiyel direnç sergilediği görülmektedir.

Son yıllarda, saçılma mekanizmalarını ve açık sınır koşullarını uygun bir şekilde ele alabilmesi nedeniyle denge-dışı Green fonksiyonu (NEGF) yöntemi nano- ölçekli aygıtların taşınım modelleri için yaygın olarak kullanılmaktadır [1-2].

Bu çalışmada ters parabolik çoklu bariyer yapısının taşınım özellikleri incelenmiştir (Şekil-1). Bir boyutlu rezonant tünelleme aygıtı için uzay kesikleştirilmesi ve öz-enerji matrislerinin tanımlanması sonlu elemanlar yöntemi (FEM) ile yapılmış, iletim katsayısı ve akım yoğunluğu voltaj karakteristikleri NEGF ile elde edilmiştir.

Şekil 1: Elektrik alan ön beslemesi varlığında (kesikli çizgi) ve yokluğunda (sürekli çizgi) ters parabolik çoklu bariyer yapısı.

Şekil 2: Birinci rezonans enerjisindeki iletim katsayısı pik genliğinin farklı bariyer sayıları için elektrik alan ön beslemesi ile değişimi Bariyer sayısı, yüksekliği, genişliği ve kuyu genişliği gibi yapı parametreleri sistemin taşınım özelliklerini oldukça etkilemektedir. Sistem elektrik ön beslemesi altında tutulursa rezonas enrjisinin yeri ve rezonant pik genliği elektrik alana bağlı olarak değişmektedir. Elektrik alanın etkisi bariyer sayısına bağlı olarak değişim göstermektedir. Bu durum Şekil 2 de açıkça görülmektedir.

Kaynakça 1. S. Datta, “Nanoscale device modeling: the Green’s function method”, Superlattices and Microstructures 28,

253 (2000). 2. P. Greck, S. Birner, B. Huber, and P. Vogl, . Efficient method for the calculation of dissipative quantum

transport in quantum cascade lasers Opt. Express, 23, 6587 (2015).

S6

Poster Sunumları


Nötrinoların Standart Olmayan Etkileşimi (NSI) ve Little Higgs Modeli (LHM)

Ahmad Ajjaq, Muhammed Deniz

Dokuz Eylül Üniversitesi- Fizik Bölümü, İzmir 35160

Standart Model’in (SM) günümüzde ulaşılabilen enerji seviyelerinde yapılan deneysel sonuçlarla uyumlu sonuçlar vermesine ve parçacık fiziğini etkileyici bir şekilde betimlemesine karşın, tam olarak doğayı açıklamada yeterli değildir ve çözülmemiş bazı problemler içermektedir. Bu yüzden genel kanıya göre, SM daha temel bir teorinin düşük enerjilerdeki bir tezahürüdür. Bu nedenle SM’lin eksikliklerini tamamlamak ve daha temel bir teori bulmak için, Standart Model Ötesi (BSM) Model-bağımlı ve Model-bağımsız yeni fizik teorileri geliştirilmelidir. Model-bağımsız teorilerden biri olan Nötrinoların Standart Olmayan Etkileşimleri (NSI), nötrinolar ve elektronlar arasında yeni bağlaşım formları getirilerek elde edilir. Model-bağımlı teorilerinden biri ise Little Higgs Modelidir (LHM). LHM, Little Higgs Bozonları olarak bilinen yeni bir veya daha fazla küçük kütleli ayar bozonlarını içermektedir.

Standart Model (SM), temel parçacıkları ve bu parçacıklar arasındaki etkileşimleri inceleyen bir parçacık fiziği teorisidir. SM'in eksiklerini giderebilmek için, BSM teorileri SM'in genişletilmiş hali olarak düşünülmüş ve SM'in yanıtsız bıraktığı bazı problemlere çözüm olarak geliştirilmiştir.

Nötrino-elektron saçılımı saf bir zayıf etkileşim kanalı olduğundan SM’in test edilmesi ve BSM yeni fizik araştırmaları için mükemmel bir araştırma ortamı sunmaktadır. Bu çalışma kapsamında, nötrinolar ve elektronlar arasındaki Standart Olmayan Etkileşimi (NSI), Model-bağımsız olarak incelenmiş, SM'in vektör ve aksiyel vektör kuplajlarına ek olarak Skaler, Pseudo-skaler ve Tensörsel etkileşim formları üzerine çalışılmıştır. BSM çalışmaları kapsamında ele alınan bu etkileşimlerin çiftlenim sabitlerine % 90 güvenilirlik çerçevesinde (C.L.) üst limitler konulmuştur.

Little Higgs Modeli (LHM), Model-bağımlı BSM teorilerinden biridir. LHM, SM’in TeV enerji ölçeğinde olan ilgi çekici bir uzantısıdır. LHM, SM'in elektrozayıf etkileşim aracı parçacıkları olan Zo ve W± ayar bozonlarına ek olarak Little Higgs Bozonları olarak adlandırılan hafif kütleli aracı parçacıkları içerir. Daha yüksek simetriler önermelerine ve skaler çarpım göstermelerine göre Littlest Higgs (LH) Model ve Simplest Little Higgs (SLH) Model gibi birkaç farklı LHM vardır. Parçacık Fiziğinde, bu Modeller Higgs bozonunun pseudo-Goldstone bozonu olduğu fikrine dayanır.

Literatürde yüksek enerji bölgelerinde LHM ile ilgili farklı etkileşim kanallarından oldukça fazla araştırma mevcuttur. Yüksek enerji bölgelerinde yapılan LHM araştırmalarında doğrudan herhangi bir Little Higgs bozonu kanıtı bulunamamıştır, fakat hala Little Higgs Model üzerine olası yeni fizik senaryoları geliştirmek mümkündür. Bu açıdan test edilmemiş düşük enerji bölgelerinde, özellikle saf zayıf etkileşim kanalı olan nötrino-elektron saçılım kanalından yapılan LHM araştırmaları önem kazanmaktadır. Bu çalışma kapsamında, LHM’in en basit bir formu olan Littlest Higgs Model farklı bir etkileşim kanalı olan antinötrino-elektron saçılım kanalından incelendi ve düşük enerji bölgelerinde bu modelin ilgili parametrelerine üst limitler konuldu.

Bu çalışmalar TÜBİTAK 1001 - 114F374 nolu proje kapsamında desteklenmiştir.

P1


Grafen Yapılarda Elektronik Fısıldayan Galeri Modları ve

Güçlenmiş RKKY Etkileşimleri

Ahmet Utku Canbolat, Özgür Çakır

İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü – Fizik Bölümü – 35433 - İzmir Grafenin eşsiz elektriksel ve mekanik özellikleri bir çok uygulama potansiyelini içinde barındırır [1]. Fısıldayan galeri modları uzun süredir bilinen bir fenomendir. Dairesel bir odada ses dalgaları odanın çeperine yakın bölgelerde yüksek genlikte modlar oluşturur böylece bu modlar vasıtasıyla sesin iletimi güçlenmiş olur.

Grafenin, doğrusal enerji dağılımı nedeniyle elektronlar kütlesiz göreli parçacık gibi davranır. Bu yüzden elektronların hareketini tarif edebilmek için kütlesiz Dirac denklemini kullanmamız gerekir. Potansiyel uygulanan bölgeye dik açılarda gelen elektronlar enerjileri potansiyel bariyerden daha düşük olmasına rağmen potansiyel bariyerin içinde ilerlemeye devam ederler ve bu olay Klein tünellemesi olarak adlandırılır. Ancak yüksek geliş açılarında, belirli potansiyel değerlerinde, potansiyel uygulanan bölgede sönümlenen dalga oluşmakta ve aynasal yansıma gerçekleşmektedir [2]. Grafende belirli bir bölgeye dairesel bir potansiyel uyguladığımızda potansiyelin içerisinde fısıldayan galeri modlarının oluştuğu deneysel olarak da gösterilmiştir [3]. Eğer bu modların oldukları noktalara birer manyetik safsızlık koyarsak bu safsızlıklar arasındaki etkileşimin fısıldayan galeri modları vasıtasıyla güçlenmesini bekleriz.

RKKY (Ruderman–Kittel–Kasuya–Yosida) etkileşimi [4] manyetik momente sahip safsızlık atomlarının metale ait elektronlar vasıtasıyla dolaylı bir şekilde birbiriyle etkileşimini tanımlar. Grafende safsızlık atomları arası mesafe örgü sabitine kıyasla büyük olduğu durumlarda RKKY etkileşimi yığınsal grafende uzaklıkla 1 𝑅3⁄ şeklinde azalır [5]. Bu çalışmada ilk yöntem olarak sıkı bağlanma metodunu kullandık. Sistemin ortasına Gauss potansiyeli uygulayıp potansiyel kuyunun çeperine bir manyetik safsızlık koyduk. Diğer safsızlığı ise çeper üzerinde dolaştırıp sabit olan manyetik safsızlıkla aralarındaki RKKY etkileşimini hesapladık. RKKY etkileşimin beklenildiği gibi 1 𝑅3⁄ ile azalmadığını, uzak bölgelerde bile safsızlıkların fısıldayan galeri modları sebebiyle etkileşimin uzaklıktan bağımsız olarak etkin kaldığını gördük. Çalışmamızda ikinci yöntem olarak etkin kütle yaklaşımıyla kütlesiz Dirac denkleminin dairesel potansiyel altında çözümlerini gerçekleştirdik ve elde ettiğimiz modları kullanarak RKKY etkileşimini hesapladık. Buradan elde ettiğimiz sonuçların sıkı bağlanma modelinden elde ettiğimiz sonuçlarla uyumlu olduğunu gördük. Bu çalışma TÜBİTAK tarafından 115F408 numaralı proje çerçevesinde desteklenmiştir.

Kaynakça

1. A. H. Castro Neto, F. Guinea, N. M. R. Peres, K. S. Novoselov, and A. K. Geim, “The electronic properties of graphene”, Rev. Mod. Phys. 81, 109, (2009)

2. M. I. Katsnelson, K. S. Novoselov, A. K. Geim , “Chiral tunnelling and the Klein paradox in graphene”, Nature Physics 2, 620 - 625 (2006)

3. Yue Zhao, v.d. , “Creating and probing electron whispering-gallery modes in graphene”, Science Vol. 348, Issue 6235, pp. 672-675 (2015)

4. M. A. Ruderman and C. Kittel , “Indirect Exchange Coupling of Nuclear Magnetic Moments by Conduction Electrons”, Phys. Rev. 96, 99, (1954)

5. Kogan, E., “RKKY interaction in graphene”, Phys. Rev. B, 84, 115119, (2011)

P2


α-Silicene as a Protective Coating Material

Ali Kandemir1, Fadıl İyikanat2, Cihan Bacaksız2, Hasan Şahin3

1İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü – Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölümü – 35430 - İzmir

2İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü – Fizik Bölümü – 35430 - İzmir 3İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü – Fotonik Bölümü – 35430 - İzmir

By performing density functional theory (DFT) calculations, the coating performance of α-silicene on Ag(111) surface is investigated. First, silver surface and oxygen atom/molecule interaction is considered and it is found that the binding energy of single oxygen atom is quite high, yet, not enough to dissociate the molecule. In addition, the interaction between oxygen and silicene-coated silver surface is examined. The favorable binding sites for an oxygen atom in α-silicene structure are studied. It is significant that the interaction energy between silicene and oxygen can break the oxygen-oxygen bond in molecule. Furthermore, the indentation of single oxygen atom and oxygen molecule through hollow sites of α-silicene is performed to reveal possible oxidation situation of metal surface. The energy barrier is found to be large enough to keep oxygen away from metal surface. Furthermore, the indentation of oxygen molecule shows that silicene becomes more protective and less permeable with the presence of more oxygen atoms. Silicene can be coating material candidate for oxidation protection of metal surfaces at nanoscale.

In order to prevent property loss (reduction in reflectivity, conductivity, life time, mechanical stability and thermal resistance) of a material, surface protection has been vital nearly for all application areas. Well-known mechanism of electrochemical corrosion, the rust formation is a reaction between a metal and oxygen. Air can easily initiate this reaction spontaneously for a metal surface. For that reason, protection of surfaces from oxygen has become an important field. Thanks to recent developments in nanotechnology, two-dimensional materials have become new candidates for nano-scale coating for different materials group.[1] Silicene is the silicon analogue of graphene. Compared to graphene, silicene has low buckled structure where two sub-lattices are shifted in the direction perpendicular to the atomic plane.[2] Buckled structure of silicene forms

perfect sites to capture oxygen atoms. In addition, silicon has strong interaction with oxygen, as we know that silicon dioxide is one of the most stable compounds in the world. Therefore, silicene may be used for protection to oxidation. With this intention, we investigated the coating performance of silicene against oxidation. Most preferable substrate metal for silicene, silver,[2] was selected to examine silicene coating performance. DFT calculations showed that indentation of oxygen atom/molecule to metal surface in the presence of silicene is difficult and energetically unfavorable. Strong interaction between α-silicene and oxygen prevents oxidation of the silver surface. It is found that silicene is the candidate for protective nanocoating material especially for oxidation.

Kaynakça 1. N.T. Kirkland, T. Schiller, N. Medhekar, N. Birbilis, “Exploring graphene as a corrosion protection barrier”,

Corrosion Science, 56, 1–4 (2012). 2. P. Vogt, P. D. Padova, C. Quaresima, J. Avila, E. Frantzeskakis, M. C. Asensio, A. Resta, B. Ealet, and G.

L. Lay “Silicene: Compelling Experimental Evidence for Graphenelike Two-Dimensional Silicon”, Physical Review Letters, 108, 155501 (2012).

P3


Lazerle Kristallendirilmiş Amorf Silisyum İnce Filmlerin Kristal Kalitelerinin Artırılması

Baran Utku Tekin, Kamil Çınar, Mehmet Karaman, Alpan Bek

Orta Doğu Teknik Üniversitesi – Güneş Enerjisi Araştırma ve Uygulama Merkezi, 06800 Ankara

Bu çalışmada, cam alttaş üzerine kaplanmış olan amorf silisyum (a-Si) tabakalar lazerle kristallendirilip, aynı zamanda lazerle kristal kalitelerinin iyileştirilmesi sağlanmıştır. a-Si tabakalar cam alttaş üzerine değişik kalınlıklarda kaplanmış ve bu tabakaların 1064 nm dalga boyunda, nanosaniye atımlı lazerle değişik parametrelerde kristallenmesi sağlanmıştır. Kristallendirilen tabakalar Raman spektroskopisi ile incelenmiş ve optik mikroskop görüntüleri alınmıştır. Karşılaştırılan kristal tabakalarda özellikle lazer atımlarının üst üste binme yüzdelerinin ve atım enerjilerinin kristal kalitesine olan etkileri araştırılmıştır [1]. Cam alttaş ile a-Si arasına ara katman yerleştirilerek malzemenin kristallenmesine olan etkilerine bakılmıştır [2].

Ticari olarak hali hazırda piyasada bulunan markalama lazerlerinin basit kristallendirme işlemlerinde, yüksek kalitede kristal üretimini sağlayabilmesi ve üretim verimliliğini arttırabilmesinin yollarını çalışarak hem bilimsel hem teknolojik uygulama geliştirilmesi olarak literatüre katkıda bulunmak amacımızdır. Literatürden farklı olarak kullanılan atımlı lazer sayesinde, kristallendirme dinamiklerinin nasıl değiştiğini etkin bir şekilde gözlemlemiş ve lazer parametreleri üzerinde daha fazla değişkenin kontrolü ile kristallenmenin denetlenmesini sağlamış bulunmaktayız. 1064 nm dalga boylu, nanosaniye atımlı lazer kısa zamanda yüksek enerjili atımlar göndererek cam üzerinde bulunan a-Si tabakadaki atomlarda optik soğurma aracılığıyla sıcaklık artışına neden olmaktadır. Fakat a-Si’un polikristalin silisyuma (poly-si) dönüşmesi için belli bir enerji eşiğini aşması gerekmektedir. Lazer atımları tabakanın kristallenmesi için gerekli olan enerjiyi tabakaya aktardığında ve bu enerji eşiğini aştıklarında tabakada önce sıvı faza geçiş ve sonrasında kristal silisyum yığılması gözlemlenmeye başlar (Şekil 1).

Şekil 1: Çizgi odaklı atımlı lazerle ince film a-Si’un

ince film poly-Si’a kristallendirilmesi

Şekil 2: Raman spektrumu ve lazer atımlarının üst

üste bindirilmesinin kamera görüntüsü

Literatürdeki çalışmalar lazerle kristallendirme işleminin ısı ile tavlama ve ısı destekli olarak gerçekleştirmelerini konu alırken, burada doğrudan atımlı lazerin başka ek bir yöntem kullanılmadan kristallendirmesi ve kristal kalitesini arttırması üzerinde durulmuştur (Şekil 2). Atımlı lazerle kristallendirme sürecinde sürekli dalga lazerle kristallendirme yöntemlerine görece daha fazla lazer parametresinin kontrol edilebiliyor olması ve ortalama optik gücün daha az olmasından dolayı daha verimli ve daha yüksek kalitede mikro kristal yapılar oluşturulabilmektedir. Atımlı lazer ile kristallendirme işleminde ek ısıtma uygulamalarına gerek kalmaması özellikle verimliliği artırmaktadır. Atım başına enerji akılarının daha kolay ölçülebilmesi bölgesel olarak oluşturulan kristal yapıların daha rahat incelenmesini sağlamaktadır. Özellikle atımların üst üste binme işleminin kristal kusurlarını iyileştirdiği ve ara katman malzeme seçiminin kristal kalitesini artırmada önemli rol oynadığı bu çalışmada ortaya konmuştur. Bu çalışma 115M061 no’lu proje kapsamında TÜBİTAK tarafından desteklenmiştir.

Kaynakça 1. S-G. Ryu, I. Gruber, C. P. Grigoropoulos, D. Poulikakos, S-J. Moon, “Large area crystallization of

amorphous Si with overlapping high repetition rate laser pulses", Thin Solid Films 520, 6724–6729 (2012). 2. J. Dore, D. Ong, S. Varlamov, R. Egan, M. A. Green, “Progress in laser-crystallized thin film

polycrystalline silicon solar cells: intermediate layers, light trapping, and metallization”, IEEE Journal of Photovoltaics 4 (1), 33-39 (2014).

P4


Kuo-Sheng Nötrino Labaratuarında Nötron Akısı ve Germanium Algıcındaki Nötron Kaynaklı Arka-Alan Ölçümü

A. Sonay, M. Deniz

Dokuz Eylül Üniversitesi, Fizik Bölümü, 35160, İzmir

Bu çalışmada, hızlı nötronlar için hassas BC-501A organik sıvı sintilatörü ve termal nötronlar için hassas BC-702 sintilatörlerinin özel olarak dizayn edilmesiyle oluşturulan bir hibrit nötron dedektörünün karakterizasyonu yapılarak, Pulse Shape Discrimination (PSD) yöntemi ile gama-nötron ayrımı çalışıldı. 241AmBe(alpha,n) kaynağı için nötron parçacıklarının nükleer geri tepme spektrumu toplandı. Karakterizasyonu yapılmış dedektör için GEANT4 Monte Carlo simülasyon kodları geliştirilerek, nötron enerji spektrumu iterasyon metodu ile yeniden oluşturuldu. Elde edilen nötron akısının literatür karşılaştırılması yapılarak testleri tamamlanan dedektör ile Kuo-Sheng Nötrino Labaratuarında (KSNL) nötron arka-alan ölçümleri yapılarak, Germanium hedef için geliştirilmiş simülasyon kodları yardımı ile nötron arka-alan tespiti yapıldı.

Nötrino ve WIMP gibi parçacıklar madde ile zayıf etkileşim ile etkileştikleri için oldukça düşük tesir kesitine sahiptirler. Düşük seviyelerde olay oranına sahip bu paçacıkların gözlenebilmesi için bu tip deneylerde arka-alan kaynaklarının belirlenmesi ve içsel etkileşimlerin oluşturduğu fiziksel sinyallerin tespit edilmesi gerekmektedir. Bu yüzden bilinen arka-alan sinyallerini fiziksel sinyallerden ayırmak bu çalışmaların büyük bir bölümünü kapsar. Özellikle bilim camiasında popüler olarak çalışılan nötrino ve karanlık maddenin çekirdek ile etkileşimlerinin gözlenebilmesi için deneysel hassasiyetlerin arttırılmasına ve düşük enerjideki arka-alan sinyallerinin elimine edilmesine bağlıdır. Bu sunumda reaktör nötrinoları için farklı etkileşim kanalları ile Standart Model'in (SM) gözlenebilir olay sayısı karşılaştırılması verilecektir.

Bu sunumda Ge hedef algıcında nötron etkileşmesinden dolayı oluşan arka-alanın, hibrit bir nötron algıcı ile tespiti çalışması anlatılacaktır. Bu çalışma kapsamında geliştirilen GEANT4 Monte Carlo simülasyon teknikleri sunulacaktır.

KSNL de yapılan deneylerde sırasıyla, nötrino-elektron saçılımı ve nötrino manyetik moment çalışmaları için CsI(Tl) dedektörü ve HPGe dedektörleri kullanılmıştır. Son zamanlarda CDEX bilimsel işbirliği ile Çin'de bulunan Jing-Ping yeraltı laboratuvarında ve KSNL'de reaktör nötrinoları ve WIMP parçacıklarının çekirdekle etkileşimlerini gözlemlemek amacıyla point-contact Ge algıçları kullanılmaktadır. Bu sebeple, KSNL de ölçülen nötron akısının, Ge dedektöründe oluşturduğu arka-alanın tespit edilmesi hedeflediğimiz fiziksel problemler için önemlidir. GEANT4 simülasyon paketi, bir kaynaktan çıkan belirli enerjilerdeki belirli parçacıklar için hedeflenen malzeme içindeki hareketi sırasında oluşabilecek saçılımlar, iyonizasyon, geri tepme gibi fiziksel etkileşimler aracılığı ile depolanan enerji miktarını tespit etmemizi sağlar. Bu sunumda geliştirilen simülasyon paketleri ile Ge algıcındaki nötron kaynaklı arka-alanın tespit çalışması anlatılacaktır. Bu çalışma TÜBİTAK 1001 114F374 nolu proje kapsamında desteklenmiştir.

P5


ZnSe'ın (211)B GaAs Üzerine Moleküler Demet Epitaksiyel Büyütülmesi

Begum Yavasa,c*, O. Arib,c, E. Ozceria,b,c, E. Bilgilisoyb,c, Y. Selametb,c

a Malzeme Bilimi ve Mühendisliği, İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü, Urla, 35430, İzmir, Türkiye b Fizik Bölümü, İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü, Urla, 35430, İzmir, Türkiye

c Infrared Mikroelektronik Malzeme Araştırma Merkezi(IRMAM), İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü, İzmir, Türkiye

Kadmiyum ve tellür alaşımlarından oluşan Kadmiyum tellür (CdTe) yarıiletken bir malzemedir. Bu malzeme ince film güneş hücreleri, kızılötesi optik malzemeler, elektro-optik modülatör ve kızılötesi tespit camları yapmak için kullanılır. [1]. CdTe bunun yanında GaAs ya da Si ve Ge gibi [2] farklı yüzeyler üzerine büyütülen üçlü alaşım arasında ki büyük örgü uyumsuzluğundan oluşan dislokasyonları azaltmak için kullanılır. CdTe malzemesinin kristal kalitesi ve kusur miktarı üçlü alaşımın kalitesini doğrudan etkiler. Bu yüzden ZnSe ara katmanı CdTe ve yüzey arasına büyütülerek daha iyi kalitede CdTe elde edilebilir.

Çinko Selenür (ZnSe) direk ve oda sıcaklığında 2.7 eV büyük bant aralığına sahip II-VI yarıiletken bir malzemedir [3]. Kristal yapısı çinko blent ve örgü sabiti 5.66 Å’ dur. Bu çalışmada, ZnSe ara katmanı GaAs (211)B yüzeyine moleküler demet epitaksi (MBE) yöntemi ile büyütülmüştür. Parametre olarak deoksidasyon, akı oranı ve büyütme sıcaklığı üzerinde çalışılmıştır. Büyütülen örneklerin kristal kalitesi X-ışın kırınımı (XRD) kullanılarak elde edilmiştir. ZnSe ara katmanının titreşimli fonon modları, termal ve elastik gerilimleri Raman spektroskopisi ile gözlemlenmiştir [4]. Yüzey morfolojisi de Nomarski ve atomik kuvvet mikroskobu (AFM) kullanılarak incelenmiştir. Tablo 1: GaAs(211)B üzerine büyütülen ZnSe’ ın büyütme parametreleri

Örnek Adı Büyütme Sıcaklığı (oC) Akı Oranı

ZS1 277 1.7 ZS2 279 1.88 ZS4 300 3.28 ZS6 300 4

41.2 41.4 41.6 41.8 42.0 42.2 42.4 42.6

103

104

105

106

107

Log

Int.

(a. u

.)

(degrees)

ZnSe and GaAs Lorentz Fit of ZnSe Pearson VII Fit of GaAs

266 arc-s

Şekil 1: ZS4’ün salınım eğrisi sonucu

Büyütme parametreleri Tablo 1 de gösterilmektedir. Örnekler farklı büyütme sıcaklıklarında ve akı oranların da büyütülmüştür. GaAs (211)B üzerine büyütülen ZnSe ara katmanının salınım eğrisi Şekil 1 de gösterilmektedir. Yarı yükseklikteki tam film genişliğinin (YYTG) değeri 266 arc-saniye olarak bulunmuştur. Yapılan çalışmalar sonucunda büyütme sıcaklığı ve akı oranının düşük tutulmasının, büyütülen filmin kristal kalitesini olumlu yönde etkilediği gözlenmiştir.

Kaynaklar ReferenRR

1. Wald, F., Applications of CdTe. A review. Revue de Physique Appliquée, 1977. 12(2): p. 277-290. 2. Arias, J., et al., Dislocation density reduction by thermal annealing of HgCdTe epilayers grown by molecular

beam epitaxy on GaAs substrates. Journal of Vacuum Science & Technology B: Microelectronics and Nanometer Structures Processing, Measurement, and Phenomena, 1991. 9(3): p. 1646-1650.

3. Kissinger, S., N. Velmuruganb, and K. Perumalc, Substrate temperature dependent structural and optical properties of ZnSe thin films by electron beam evaporation technique. Journal of Korean Physical Society, 2009. 55: p. 1577.

4. Kumazaki, K., K. Imai, and A. Odajima, Estimation of Strains in MBE‐Grown ZnSe Films by Raman Scattering. physica status solidi (a), 1990. 119(1): p. 177-182.

P6


Saçlı BTZ Karadeliği ve Grafende Analog Gravite

Bekir S. Kandemir ve Ümit Ertem

Ankara Üniversitesi, Fen Fakültesi, Fizik Bölümü, Tandoğan 06100 Ankara

2+1 boyuttaki negatif kozmolojik sabitli Einstein kütleçekim teorisinin bir çözümü olan BTZ kara delik metriği, Beltrami yüzeyine konformal olarak eşdeğerdir. BTZ karadeliği kütleçekim alanında hareket eden grafen psödo-parçacıklarını betimleyen Dirac Hamiltonyeninin varyasyonel çözümleri, psödo-Hermitsel kuantum mekaniği ve kesikli-baz-metodunu içeren bir algoritmayla elde edilmiştir. Bu yöntemle, eğri grafen yüzeyinde bir analog gravite modeli ve buna ilişkin gözlenebilir etkiler öne sürülmüştür. Bu yöntemin saçlı kara deliklere uygulanması ve bunun topolojik yalıtkanlar ve diğer iki boyutlu dikalkojenitlere genişletilmesi tartışılmıştır.

2+1 boyutta BTZ kara delik metriğinin ifadesi aşağıdaki gibidir [1];

𝑑𝑠𝐵𝑇𝑍2 = −Δ𝑑𝑡2 +

𝑑𝑟2

Δ+ 𝑟2 (𝑑𝜑 −

𝐽

2𝑟2𝑑𝑡)

2

burada t, r ve φ koordinatlar, M kütle, J açısal momentum ve Δ =

𝑟2

𝑙2 − 𝑀 +𝐽2

4𝑟2 şeklinde tanımlıdır. Bu metrik iki boyutlu Beltrami yüzeyine konformal olarak eşdeğerdir. Grafen yüzeyindeki düşük enerji elektron uyarılmaları kütlesiz Dirac denklemi ile betimlenir. Dirac denklemi konformal simetriye sahip olduğundan, BTZ karadelik kütleçekim alanında hareket eden kütlesiz Dirac parçacıklarının fiziksel bir realizasyonu, Beltrami yüzeyi biçimli grafen yüzeyindeki psödo-parçacıkların Dirac Hamiltonyeni ile betimlenebilir.

Bu çalışmada, psödo-Hermitsel kuantum mekaniği yöntemleri ve kesikli-baz-metodu kullanılarak Dirac Hamiltonyeni ve enerji özdeğerleri elde edilmiştir. BTZ kara delik parametreleri ve grafen parametreleri karşılaştırılarak, uygun elektik alan ve manyetik alan etkisindeki bir grafen yüzeyinin analog BTZ karadeliği modeli olarak ele alınabileceği gösterilmiştir [2].

Bunun yanı sıra, saçlı BTZ karadeliğinin de benzer şekilde yoğun madde fiziği analog modellerinin yapılabilirliği tartışılmıştır. Saçlı BTZ karadeliği, 2+1 boyuttaki Einstein kütleçekim teorisinin bir skaler alanla çiftlenimini içeren çözümüdür. Bu skaler alanın yoğun madde fiziğinde karşılık geldiği parametreler ve topolojik yalıtkanlar ve diğer iki boyutlu dikalkojenitlerdeki analog saçlı BTZ karadeliği modelleri incelenmiştir.

Teşekkür Bu çalışma 115F421 nolu TÜBİTAK projesi tarafından desteklenmektedir. Kaynakça 1. M. Banados, C. Teitelboim, J. Zanelli, “The black hole in three-dimensional spacetime”, Physical Review

Letters, 69, 1849 (1992). 2. B. S. Kandemir, Ü. Ertem, "Quasinormal modes of BTZ black hole and Hawking-like radiation in

graphene", Annalen der Physik, (2017), DOI:10.1002/andp.201600330. ..

P7


Lam Üzerine Buharlaştırılmış ve Buharlaştırılmamış InSe Yarıiletken Kristalinin Gama Transmisyon Faktörlerinin, Tavlama Sıcaklıklarıyla Değişimlerinin Karşılaştırılması

Burcu AKÇA1 ve Salih Zeki ERZENEOĞLU2

1 Ardahan Üniversitesi, Bilgisayar Mühendisliği, 75000 Ardahan 2Atatürk Üniversitesi, Fizik Bölümü, 25240 Erzurum

Çalışmamızda, lama buharlaştırılmadan kullanılmış ve homojen bir yüzey elde etmek için lama (cam) buharlaştırılmış InSe yarıiletken kristalinin gama transmisyon faktörleri (T), farklı tavlama sıcaklıklarında en ideal tavlama zamanı olarak tespit edilmiş 30 dakika için dar şua geometrisi kurularak ölçülmüştür. Transmisyon katsayıları için oluşturulmuş deney düzeneğinde (Şekil 1) hassas ölçümler elde edilmiştir. Yapılan deneyde EDXRF (Energy Dispersive X-Ray Fluorescence) sayma sistemi, şiddeti 100 mCi olan Am-241 nokta kaynağının 59,54 keV enerjili γ-ışınları kullanılmıştır. Yarıiletken kristal Bridgman/Stockbarger metodu kullanılarak büyütülmüştür. Lama buharlaştırılan numunede tavlama sıcaklığı, camın çatlamasından dolayı maksimum 180 iken lama buharlaştırılmayan numunede ise maksimum 300 olabilmiştir.

Sonuçlar grafiksel olarak verilmiştir (Şekil 2,3). Elde edilen sonuçlara göre lama buharlaştırılan ve buharlaştırılmayan InSe için farklı değişimler elde edilmiştir. Lama buharlaştırılan ve buharlaştırılmadan kullanılan InSe için tavlama sıcaklığı ile transmisyon faktörü 100-120 sıcaklıklar için benzer şekilde artış göstermiştir. Fakat diğer sıcaklıklar için farklı değişimler gözlenmiştir[1]

Şekil 2: Lama buharlaştırılmamış InSe

Şekil 1. Deney düzeneği Şekil 3: Lama buharlaştırılmış InSe

Kaynakça [1]. B. Akça, S. Z. Erzeneoğlu, B. Gürbulak, “Measurement of γ-ray transmission factors of semiconductor crystals at various annealing temperature and time” Indian Journal of Pure & Applied Physics 53 (1), 49-55 (2015).

50 100 150 200 250 300

0.970

0.972

0.974

0.976

0.978

0.980

0.982

0.984

0.986

0.988

0.990

0.992

Lama buharlaştırılmamış InSe

Gam

a T

ran

sm

isyo

n F

ak

törü

(T

)

Tavlama Sıcaklığı C

60 80 100 120 140 160 180

0.966

0.967

0.968

0.969

0.970

0.971

0.972

Lama buharlaştırılmış InSe

Ga

ma

Tra

ns

mis

yo

n F

ak

törü

(T

)


P8


Anizotropik ve esnek karakteriyle ultra-ince ZnSe

Cihan Bacaksız, R. Tuğrul Senger, Hasan Şahin

İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü- Fizik Bölümü, 35430 İzmir

Bu çalışmada, yoğunluk fonksiyoneli teoremi kullanarak, şimdiye kadar sentezlenen en ince ZnSe tabakasının yapısal, elektronik ve mekanik özellikleri incelendi. Bu tek tabaka yapının titreşim spektrum analiziyle, yapının dinamik olarak kararlı olduğu ve düşük frekanslı fonon modlarından anlaşıldığı üzere esnek (flexible) bir karaktere sahip olduğu gösterildi. Elektronik özelliklerinin incelenmesiyle, tek tabaka ZnSe'nin gamma noktasında direkt bant aralığına sahip olduğu görüldü. Bunlara ek olarak, elastik parametreleri incelendi ve tabaka-içi anisotropik mekanik özelliklere sahip olduğu ortaya koyuldu.

II-VI bileşikleri ailesi çok uzun zamandır çalışılan ve bilinen bir malzeme grubudur. Genel olarak zinc-blende (zb-) ya da wurtzide (wz-) yapılarında kristalize olan bu malzemelerin, nano seviyede büyüklük ve şekle göre farklı elektronik ve optik özellikler gösterdiği keşfedilmiştir. Bununla birlikte tek atom kalınlığında kristal olan grafenin keşfinden sonra[1], iki-boyutlu (2D) malzemeler boyuttaki düşmenin getirdiği sıra dışı özellikler nedeniyle göz ardı edilemeyecek kadar ilgiyi üzerine toplamıştır. Her ne kadar, çoğu 2D malzeme yığın halinde de tabakalı yapıya sahip olsa da, kendiliğinden tabakalı olmayan II-VI bileşiklerinin de ultra-ince hallerinin keşfi için çalışmalar yapılmıştır. Bunlardan birinde Sun ve grubu, zb-ZnSe malzemesinin (110) yönünde ultra-ince halini ürettiklerini rapor etmişlerdir.[2] Bulgularına göre, ultra-ince ZnSe kararlı ve esnek bir yapıdadır. Bu çalışmadan yola çıkarak yapılan kimi hesaplamalı çalışmada, ultra-ince tek-tabaka ZnSe incelenmiş fakat daha farklı fazlar üzerine odaklanılmıştı ve sentezlenen fazın dinamik kararlılığı, elektronik ve mekanik özelliklerine yeterli bilgi ortaya konmamıştır.

Biz de bu sebeple, Sun ve gurubunun sentezlediği fazın elektronik ve mekanik özelliklerini hesaplamalı olarak inceledik. Hesaplamalar YFT tabanlı VASP programı ile yapıldı. Hesaplamalara göre, tek-tabaka ZnSe'nin titreşim özelliklerinden yola çıkarak kararlı bir yapı olduğu gösteriliştir. Sekil 1'de görüldüğü gibi, düşük frekanslı fonon modları, malzemenin esnek bir doğasının olduğunu işaret etmektedir. Yüzey atomlarının konumları yığın durumuna göre değişmiş ve yeniden

yapılanma göstermiştir. Elektronik olarak, gamma noktasında direkt bant aralığına sahip olup ve bant sınırlarında kuadratik dağılım gösterdiği ortaya konmuştur. Bunların yanı sıra, mekanik gerilimin ve sıkıştırmanın doğrultusuna göre değişen tepkiler hesaplanmıştır. Tabaka-içi sertlik (in-plane stiffness) hesaplamaları da yumşak doğasını gösterdiği gibi anisotropik özelliğini de ortaya koymuştur. Şu haliyle sertlik miktarının yığın durumundakinin 1/10'u mertebesinde olduğu hesaplanmıştır. Ayrıca tek-tabaka ZnSe'nin yön bağımlı Poisson oranı da anisotropik mekanik doğası hakkında bilgiler vermektedir.

Bulgularımız göstermiştir ki, tek-tabaka ZnSe kararlı, esnek yapısı ve direkt elektronik bant aralığına sahip elektronik özellikleri ile nanoelektronik aygıt uygulamaları için uygun bir malzemedir.

Kaynakça

1. K. S. Novoselov, D. Jiang, F. Schedin, T. J. Booth, V. V.Khotkevich, S. V. Morozov, and A. K. Geim, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102, 10451 (2005). 2. Y. Sun, Z. Sun, S. Gao, H. Cheng, Q. Liu, J. Piao, T. Yao, C. Wu, S. Hu, S. Wei, Y. Xie, Nat. Commun. 3, 1057 (2012).

P9


Hetero-çift Tabaka olarak h-AlN-Mg(OH)2'nin Eksiton Özellikleri

Cihan Bacaksız, R. Tuğrul Senger, Hasan Şahin

İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü- Fizik Bölümü, 35430 İzmir

Bu çalışmada, birkaç tabaka yapısı yakın zamanda sentezlenen hegzagonal (h-) AlN [Tsipas et al., Appl. Phys. Lett. 103, 251605 (2013)] ve tek-tabakalı hali çok daha yakında ortaya konan Mg(OH)2 [Suslu et al., Sci. Rep. 6, 20525 (2016)] malzemelerinin tek-tabakalarından elde edilen hetero-çift-tabaka yapısının elektronik ve optik özellikleri, yoğunluk fonksiyoneli teorisi üzerine GW yaklaşımı ve onların da üzerine Bethe-Salpeter denklemlerinin çözülmesiyle incelendi. Yapısal olarak istiflenme biçimi hesaplandıktan sonra, elektronik bant hizalanmasının Tip II biçiminde olduğu ortaya kondu. Optik özellik hesaplamaları gösterdi ki; hetero-çift tabaka yapısında, tabakaların kendilerine özgü tabak-içi eksitonların yanı sıra, elektronun ve deşiğin ayrı tabakalarda olduğu tabakalar arası eksitonlar da var olmaktadır. Tabakalar arası uzaklık değişimine bağlı eksiton durumlarının ayrıntılı incelenmesiyle, hem tabaka-içi hem de tabakalar arası eksitonların özellikleri ortaya kondu.

Grafenin keşfinin ardından[1], ultra-ince malzemeler sıra dışı özellikleri nedeniyle ilgi odağı oldu ve bu sayede birçok yeni ultra-ince malzeme üretildi. Yeni iki-boyutlu (2B) malzeme arayışının yanı sıra, bilim insanları son zamanlarda gayretlerini var olan 2B malzemelerin üst üste istiflenmeleriyle oluşacak hetero yapılara odaklamış durumda. Hetero olsun veya olmasın, istiflenmiş tabakalar arasında genellikle zayıf van der Waals tipi etkileşimler görünmekte ve bu nedenler tabakalar çoğunlukla kendi özelliklerini koumaktadırlar. Çok çeşitli 2B malzeme aynı zamanda çok farklı varyasyonlarda hetero yapıya imkan sağlamaktadır. Biz de buradan yola çıkarak, iki boyutlu halleri çok yakın zamanda sentezlene iki malzemenin[2,3] (h-AlN ve Mg(OH)2) hetero-çift tabaka yapısını hesaplamalı olarak inceledik.

Hesaplamalar YFT tabanlı VASP programı ile yapıldı. Optik özellikler, YFT sonuçları üzerine GW yaklaşımı eklenmesi ve onların da üzerine elektron-deşik çifti için geçerli olan Bethe-Salpeter denklemlerinin çözülmesiyle elde edildi. Hesaplamalara göre, bu iki malzemenin hetero-çift-tabaka yapısının Tip II bant hizalanmasına sahip olduğu ve değerlik bandının tepesinin Mg(OH)2 'den gelirken, iletim bandının dibi ise h-AlN’den geldiği gösterilmiştir. Ayrıca, bu elektronik bant hizalanması sayesinde hetero yapı direkt bant aralığına sahip olduğu gösterilmiştir. Bunlara ek olarak, hetero-çift tabakanın oluşumundan sonra, optik spektrumda tabakaların yalnız durumlarında var olmayan yeni eksiton durumları ortaya çıkmıştır.

Şekil 1'de gösterildiği gibi, eksitonların enerji ekseninde yerleri ve salınım güçleri tabakalar arası uzaklığa bağlı olarak ayrıntılı biçimde

incelendiğinde, en düşük enerjili eksitonun tabakalar arası bir eksitona ait olduğu ve elektronun h-AlN’de, deşiğin ise Mg(OH)2’de konumlandığı hesaplandı. Ayrıca ikinci ve üçüncü en düşük eksiton durumlarının, sırasıyla Mg(OH)2’de ve h-AlN’de konumlanan tabaka-içi eksitonlar oldukları gösterildi.

Bulgularımıza göre, h-AlN gibi bir malzeme, optik olarak aktif olmasa bile hetero yapı oluşturması halinde optik sürçlere katkıda bulunabilmektedir. Buna ek olarak, h-AlN-Mg(OH)2 ve benzeri bant hizalanmasına sahip 2B hetero yapılar fotovoltaik uygulamalarda kullanım alanı bulacaktır.

Kaynakça 1. K. S. Novoselov, D. Jiang, F. Schedin, T. J. Booth, V. V.Khotkevich, S. V. Morozov, and A. K. Geim, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102, 10451 (2005). 2. Tsipas et al., Appl. Phys. Lett. 103, 251605 (2013). 3. Suslu et al., Sci. Rep. 6, 20525 (2016).

P10


- ALTIGEN BOR NİTRÜR’DEKİ KUSUR MERKEZLERİNDEN TEK FOTON

IŞIMASI

Elif Özçeri*, Yağız Oyun*, Nahit Polat, Volkan Fırat, Ozan Arı ve Serkan Ateş

Nanofotonik ve Kuantum Optik Laboratuvarı, Fizik Bölümü, İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü, Gülbahçe Kampüsü, Urla, 35430, İzmir, Türkiye

*Eşit katkı sağlandı.

Tek-foton seviyesinde düşük optik sinyaller özellikle kuantum fiziği temelli yeni nesil bilgi teknolojileri gibi uygulamalar için önemli gereksinimlerdendir. Bu çalışmada, iki-boyutlu altıgen bor nitrür malzemesindeki kusur merkezlerinden elde edilen tek-foton ışımasının temel optik özelikleri incelendi. Elde edilen sonuçlar bu malzemenin oda sıcaklığında çalışan ve ölçeklenebilir bir ışık kaynağı olarak kullanılabileceğini göstermektedir.

Son yıllarda iki boyutlu geçiş metali dikalkojenler (TMDCs) ve altıgen bor nitrür (hBN) tek-foton kaynağı olarak büyük bir ilgi ile incelenmektedir. Grafen ve TMDC malzemelerden farklı olarak hBN geniş band aralığına (~5,9 eV) sahiptir. Bu sayede kristal yapısındaki optik olarak aktif kusurlardan kaynaklı görünür bölge ve yakın kızılötesi bölgede tek foton ışımaları elde edilmektedir. Ayrıca kusur merkezlerinden kaynaklı bu ışımalar oda sıcaklığında gözlenmektedir [1]. Bu çalışmada, Si alttaş üzerine aktarılan iki boyutlu pullardan oluşan yığınsal hBN içerisinde izole olmuş farklı kusur merkezlerinden elde edilen parlak ışıma üzerine yapılan detaylı optik incelemeler paylaşılacaktır. Ev yapımı eş-odaklı mikroskop sistemi kullanılarak yapılan Raman spektroskopisi ve mikro-PL ölçümleri ile hBN içerisindeki optik-aktif kusur merkezlerinin geniş bir spektral aralıkta (500 nm – 750 nm) ışıdığı gözlemlenmiştir (Şekil 1). Bu ışımanın doğasını anlamak üzere, kullanılan lazerin şiddetine ve polarizasyonuna bağlı mikro-PL ölçümleri yapıldı. Işımanın yüksek polarizasyon bağımlılığı (Visibility ~ %90, karakteristik dipol davranışı) ve çok düşük güçlerde doyuma ulaşması bu ışımanın hBN içerisindeki optik kusur merkezlerinin oluşturduğu kesikli enerji seviyelerinden kaynaklandığını göstermektedir. Ayrıca, Hanbury-Brown-Twiss (HBT) adıyla bilinen foton korelasyon ölçüm düzeneği ile yapılan ölçümlerde kusur merkezinden gelen ışımanın tek foton mertebesinde (𝑔(2)(0) < 0,5)

olduğu ve ışıma ömrünün yaklaşık 2,5 ns mertebesindeki bir sürede gerçekleştiği görüldü. Optik güce bağlı yapılan HBT ölçümleri çalışılan hBN kusur merkezinin 3 seviyeli bir sistem gibi davrandığına işaret etmektedir. (Şekil 1).

Şekil 1: Mikro-PL ölçümü ile gözlenen hBN içindeki kusur merkezi ışıması (solda), aynı kusur merkezinden elde edilen ikinci dereceden otokorelasyon fonksiyonu (sağda), sıfır gecikme zamanındaki dip tek foton karakteristiğini göstermektedir.

Bu çalışmada elde edilen deneysel sonuçlar yüksek polarizasyon bağımlılığı, uzun süreli kararlılık, geniş enerji aralığında parlak ve oda sıcaklığında ışıma yapabilme gibi birçok özelliği sağlayan iki boyutlu pullardan oluşan yığınsal hBN’in kuantum bilgi teknolojileri gibi uygulamaları için oldukça uygun bir ışık kaynağı olduğunu göstermektedir.

Kaynakça 1. Tran et al, Nature Nanotechnology 11, 37 (2015)

.

P11


Co1-xTxMnSb (T=Cu,Cr,) Alaşımlarının Manyetokalorik Özelliklerinin

Deneysel ve Teorik İncelenmesi

Eyüp Duman

Ankara Üniversitesi, Enerji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü, 06380 Ankara

CoMnSb yarı Heusler alaşımında, manyetik Co atomu yerine manyetik olmayan Cu ve Cr katkılanmasının, alaşımın oda sıcaklığının üstünde bulunan Curie sıcaklığını düşüreceğinden hareketle, oda sıcaklığı yakınlarında manyetokalorik özellik gösterecek alaşımlar üretilmesi hedeflenmiştir. Üretilen örnekler için sıcaklığa ve manyetik alana bağlı mıknatıslanma ölçümleri gerçekleştirilmiş ve örneklerin manyetokalorik özellikleri deneysel olarak tespit edilmiştir. Beklenildiği gibi üretilen örneklerin tümünün Curie sıcaklıkları CoMnSb alaşımına göre daha düşük olarak tespit edilmiştir. Deneysel olarak Maxwell denkleminden elde edilen manyetik entropi değişimleri ayrıca Landau teorisi kullanılarak da teorik olarak hesaplanmıştır. Elde edilen sonuçlar Tablo 1 v 2’de özetlenmiştir.

Tablo 1: CoMn1-xCrx alaşımları için hesaplanan manyetokalorik özellikler özet tablosu

x -ΔSM (max) J K-1 kg-1 (Maxwell)

-ΔSM (max) J K-1 kg-1 (Landau)

0 2.06 3.5 0.5 1.06 1.4 0.7 0.64 0.63

Tablo 2: CoMn1-xCrx alaşımları için hesaplanan manyetokalorik özellikler özet tablosu

x -ΔSM (max) J K-1 kg-1 (Maxwell)

-ΔSM (max) J K-1 kg-1 (Landau)

0.1 2.1 3.4 0.2 1.4 1.7 0.3 1.2 1.6

..

P12


Hidrojenlenmiş α- ve β-Silicene üzerinde Li atomunun Adsorpsiyon ve difüzyon özellikleri

Fadıl İyikanat[1], Ali Kandemir[2], Cihan Bacaksız[1], ve Hasan Şahin[3]

[1] İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü- Fizik Bölümü, 35430 İzmir [2] İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü- Malzeme Bölümü, 35430 İzmir [3] İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü- Fotonik Bölümü, 35430 İzmir

Bu çalışmada Ag (111) yüzeyindeki hidrojenlenmiş α- ve β-Silicene üzerinde Li atomunun adsorpsiyon özellikleri ve difüzyon mekanizmaları yoğunluk fonksiyoneli kuramı kullanılarak incelendi. Li atomunun bu iki farklı Silicene fazına güçlü bir şekilde iyonik bağ ile bağlandığı bulundu. Bağlanma enerjilerinin birbirlerine yakın olmasına karşın Li atomunun α-Silicene üzerinde gördüğü difüzyon enerji bariyerinin, β-Silicene üzerinde gördüğüne kıyasla çok daha fazla olduğu hesaplandı. Li atomu α- ve β-Silicene yüzeylerinde hidrojen atomlarının bulunduğu bölgelerde oldukça yüksek diffüzyon enerji bariyeri ile karşılaşmıştır. α- ve β-Silicene yüzeylerinin Li depolama uygulamalarında önemli olabileceğini öngörmekteyiz.

İki boyutlu bir malzeme olarak Silicene’ in günümüz silikon teknolojisine kolay entegre olacağı öngörülmektedir. Silicene Si atomlarının birbirlerine altıgen örgü oluşturacak şekilde bağlanmaları sonucu meydana gelen tek katmanlı bir yapıdır. Grafen’ den farklı olarak Silicene spin-yörünge etkileşiminden kaynaklanan çok düşük miktarda enerji band aralığına sahiptir. Bulk fazında tabakalı yapıya sahip olmamasına rağmen, Silicene’nin Ag (111) [1], Ir (111) [2], ve ZrB2 (0001) [3] gibi çeşitli metal yüzeylerinde iki boyutlu formları sentezlenmiştir. Uygun örgü parametresi ve neredeyse homojen yüzey etkileşiminden dolayı, Silicene sentezlenmesi için sıklıkla Ag (111) yüzeyi kullanılmaktadır. Son yapılan çalışmalarda hidrojenlenmiş Silicene yüzeylerinin α-(3x3) ve β-(3x3) gibi iki farklı fazdan meydana geldiği gözlenmiştir.[4] Bu çalışmada incelenen Silicene yüzeyleri, 4 tabaka 4x4 Ag (111) süper hücresinin üzerine hidrojenlenmiş 3x3 α-Silicene (H-α-Si) ve hidrojenlenmiş 3x3 β-Silicene (H-β-Si) süper hücreleri konularak oluşturuldu. Sonuçlarımız Li atomunun H-α-Si ve H-β-Si yüzeylerine iyonik bağ ile güçlü bir şekilde bağlandığını gösterdi. Li atomunun H-α-Si ve H-β-Si yüzeylerindeki bağlanma enerjileri sırasıyla 2.79 ve 2.82 eV’ tur. Li atomunun bu iki yüzeydeki bağlanma konumları belirlendi. Li atomunun bu yüzeylerdeki olası

diffüzyon yolları detaylı bir şekilde araştırıldı. Li atomunun bu iki yüzeydeki difüzyonu hidrojen atomlarından uzak olan bölgelerde meydana gelmektedir. Li atomunun H-α-Si yüzeyinde karşılaştığı enerji bariyerlerinde çok büyük farklılıklar bulunmamaktadır. Fakat H-β-Si yüzeyindeki Li atomu kısım kısım yasaklı ve uygun enerjili bölgeler ile karşılaşmaktadırlar. Yüksek bağlanma enerjileri ve göreceli olarak düşük enerji bariyerleri dolayısıyla hidrojenlenmiş α- ve β-silicene yüzeyleri Li iyon pil uygulamaları için uygun malzemeler olabilir.

Şekil 1: Li atomunun H-β-Si yüzeyinde gördüğü enerji

bariyerlerinin kontur çizimi. En olası difüzyon yolu beyaz ok ile gösterilmiştir.

Bu Çalışma TUBITAK tarafından 114f397 no’lu proje kapsamında desteklenmiştir

Kaynakça 1. P. Vogt, P. D. Padova, C. Quaresima, J. Avila, E. Frantzeskakis, M. C. Asensio, A. Resta, B. Ealet, G. L.

Lay, “Silicene: Compelling experimental evidence for graphene like two-dimensional silicon”, Phys. Rev. Lett. 108, 155501 (2012).

2. L. Meng, Y. Wang, L. Zhang, S. Du, R. Wu, L. Li, Y. Zhang, G. Li, H. Zhou, W. A. Hofer, H. -J. Gao, "Buckled Silicene Formation on Ir (111) ", Nano Lett., 13, 685-690 (2013).

3. A. Fleurence, R. Friedlein, T. Ozaki, H. Kawai, Y. Wang, Y. Y. Takamura, "Experimental evidence for epitaxial silicene on Diboride thin films", Phys. Rev. Lett., 108, 245501 (2012).

4. D. B. Medina, E. Salomon, G. L. Lay, T. J. Angot, "Hydrogenation of Silicene films grown on Ag (111). " Electron. Spectrosc. Relat. Phenom., in pres.

P13


Kimyasal Banyolama Tekniği ile Büyütülen ZnFe2O4 Filmlerinin Optiksel ve Elektriksel Özellikleri Üzerinde Kompleks Etmen Etkisi

Fatma Özütok1, Emin Yakar2

1Çanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi- Fizik Bölümü, 17020 Çanakkale

2Çanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi- Malzeme Bilimi ve Mühendisliği, 17020 Çanakkale

Bu çalışmada, In-katkılı SnO2 (ITO)/ZnO gövde tabaka üzerine ZnFe2O4 filmleri kimyasal banyolama tekniği ile büyütülmüştür. Kompleks etmen olarak amonyak kullanılmış ve amonyak oranları % 4, % 6 ve % 8 şeklinde değiştirilerek yapısal, optiksel ve elektriksel özellikler üzerindeki değişimler detaylı şekilde incelenmiştir. % 4 amonyak içeren örnekler üçgen-taş biçimli homojen dağılım göstermesine karşın bu oluşumların amonyak oranı artışı ile bozulduğu gözlenmiştir. Filmler yaklaşık olarak 570 nm. dalgaboyunun üzerindeki değerlerde %80’in üstünde geçirgenliğe sahip olmakla birlikte geçirgenlik değerlerinin amonyak oranının artışı ile azaldığı tespit edilmiştir. Ayrıca, amonyak oranının artışı iletkenlik değerlerinin düşmesine ve aynı zamanda kristalleşmenin bozulmasına da sebep olmuştur. Spinel ferrit malzemelerin oldukça geniş bir uygulama alanı, örneğin manyetik depolama cihazları, mikrodalga cihazları ve ferro-akışkanların aktif bileşeni vb., bulunmaktadır [1]. Bu malzemeler içerisinde yer alan çinko-ferritler (ZnFe2O4) fotokimyasal stabilitesi, manyetik özellikleri, görünür ışığı absorplama kabiliyeti ve ucuz fiyatlı oluşu nedeniyle teknolojik alanda sıkça tercih edilmektedir. Bu çalışmanın deneysel kısmı iki aşamadan oluşmaktadır, ilk olarak ITO üzerine ZnO gövde tabakaları büyütülmüş [2] ve ikinci aşamada Fe-katkılaması ve farklı oranlarda (% 4, % 6 ve % 8) NH3 kompleks etmeni kullanılarak ZnFe2O4 filmleri sentezlenmiştir. Filmler 120 ºC’de kurutularak sentez işlemi tamamlanmıştır. Sentezlenen filmlerin optik özellikleri 300-900 nm. aralığında UV-Vis spektroskopisi ve elektriksel özellikleri ise empedans spektroskopisi ile incelenmiştir. Ayrıca, yapısal özellikler XRD ve yüzey morfolojileri SEM cihazı ile incelenmiştir.

Çıkan sonuçlar doğrultusunda kompleks etmenlerin çinko-ferrit filmlerinin karakterizasyonu üzerinde büyük etkiye sahip olduğu ve çalışmanın diğer kompleks etmenler ile genişletilebileceği öngörülmektedir

Şekil 1: 0.1 Hz ile 1 MHz aralığında ölçülen ZnFe2O4

filmlerinin amonyak oranına bağlı olarak değişen Nyquist plot eğrileri

Kaynakça 1. N. M. Deraz, A. Alarifi , “Microstructure and Magnetic Studies of Zinc Ferrite Nano-Particles”, Int. J.

Electrochem. Sci. 7, 6501–6511 (2012). 2. F. Özütok, S.Demiri, " Annealing Effect on Gas Sensing Properties of ZnO Thin Films’’, 11th Nanoscience and

Nanotechnology Conference (NanoTR-11) (2015).- .

P14


XRD Ters Örgü Uzayı Kullanılarak, Williamson Hall Yöntemiyle InGaN LED'lerin Stres, Strain ve Parçacık Boyut hesabı

Gökce GÖKÇE, Yunus BAŞ, Ömer AKPINAR, Mustafa Kemal ÖZTÜRK

Gazi Üniversitesi Fotonik Uygulama ve Araştırma Merkezi, 06500, Ankara

Bu çalışmada MOCVD sistemi ile farklı sıcaklıklarda büyütülen InGaN/GaN LED yapıları, HR-XRD sistemi ile karakterize edildi. XRD analizlerinden, alışıldık yöntemlerden farklı olarak ters örgü uzayı haritalaması yapıldı. Ters örgü uzayı haritalaması ile elde edilen FWHM (βhkl) ve malzemenin evrensel elastik sabitlerini temel alan Williamson Hall yöntemiyle; numunelerin, D (nm) parçacık boyutu, σ (Gpa) uniform stress, strain, u (kJm-3) anisotropic enerji yoğunluğu parametreleri hesaplandı ve literatür ile karşılaştırıldı. Sonuçların literatür ile oldukça uyumlu olduğu görüldü.

Bu çalışmada, InxGa1-xN temelli LED yapısı, c-yönelimli safir alttaş üzerine MOCVD yöntemi ile InGaN/GaN çoklu kuantum kuyu (MQW) yapısı büyütüldü Şekil 1.(a). Örnek büyütme aşamasında tüm numuneler için InGaN tabakanın büyütme sıcaklığı dışındaki basınç ve kaynak akı oranları gibi tüm parametreleri sabit tutuldu. Yüksek Çözünürlüklü X-Işını Kırınımı Tekniği kullanılarak ters örgü uzayı haritası çıkarıldı. HR-XRD desenlerinden, FWHM (βhkl) değerleri hesaplandı Şekil 1(b).

Şekil 1. MOCVD ile büyütülen InGaN/GaN LED yapısının (a) şematik gösterimi ve (b) HR-XRD deseni.

βhkl ve elastik sabitlerini temel alan Williamson Hall yöntemiyle; numunelerin, D (nm) parçacık boyutu, σ (Gpa) uniform stress, strain, u (kJm-3) anisotropic enerji yoğunluğu parametreleri hesaplandı. Bu hesaplar Williamson Hall yöntemi olan Uniform Deformation Model (UDM), modifiye Williamson Hall yöntemleri olan Uniform stress deformation model (USDM) ve Uniform Deformation Energy Density Model (UDEDM) kullanılarak hesaplandı ve sonuçlar karşılaştırıldı [1]. Denklem 1 tüm kristalografik yönelimlerde gerilmenin, uniform olduğu kabul edilen; Uniform Deformation Model (UDM) olarak bilinir.

cos 4 sin (1)khkl hklhkl t t

Bu modele göre, Cosθ’ya karşı 4sinθ grafiği çizilir ve fit edilirse elde edilen eğrinin eğiminde gerilme,

y eksenini kestiği noktadan parçacık boyutu hesaplanabilir (Şekil 2).

Şekil 2. Numunelerin InGaN aktif tabakanın Cosθ’ya karşı 4sinθ grafiği. Ayrıca, gerinim (ε) değerleri W-H Metodu ile üç modele göre hesaplandı. Bununla birlikte, stres (σ) değerleri USDM ve UDEDM modellerine göre W-H Metodu ile hesaplandı ve karşılaştırılması Tablo 1’de verildi[1,2]. Tablo 1. LED yapının her üç tabakası için USD, USDM ve UDEDM modeline göre hesaplanan fiziksel parametreler.

UDM, USDM, UDEDM’den elde edilen sonuçlar Tablo 1’de verilmiştir. Sonuçlar göstermiştir ki gerilme kristal boyutunda çok az etkilidir. XRD’deki çizgi genişlemesi küçük kristal boyutu ve örgü gerilmesi kaynaklıdır. Sonuçlardan UDEDM’nin gerilme için en uygun model olduğu ortaya çıkmıştır.

Kaynakça 1. G. Singla, K. Singh, O.P. Pandey, “Williamson–Hall study on synthesized nanocrystalline tungsten carbide

(WC)”, Appl Phys A, 113, 237–242 (2013). 2. G.K. Williamson, W.H. Hall, “X-ray line broadening from filed aluminium and wolfram Die verbreiterung

der roentgeninterferenzlinien von aluminium- und wolframspaenen”, Acta Metall., 1(1), 22-31, (1953).

UDM USDM UDEDM

D(nm) x10-3 D(nm) σ (Gpa) x10-3 D(nm) u(kJm-3)x103 σ (Gpa) x10-3

InGaN 47.542 0.250 47.542 0.066 0.250 47.542 0.008 0.066 0.250

AlGaN 14.031 2.997 14.031 0.900 2.997 14.031 1.348 0.900 2.997

GaN 57.597 0.021 57.597 0.006 0.021 57.597 0.000 0.006 0.021

P15


Manyetik Akışkan Hipertermi Uygulamaları İçin La katkılı Fe2O3 Bileşikler

C. Gökhan Ünlü 1, Burak K. Kaynar 2, Telem Şimşek3, Atakan Tekgül 4

1 Pamukkale Üniversitesi-Biyomedikal Mühendisliği Bölümü, TR-20070, Denizli

2Hacettepe Üniversitesi-Fizik Bölümü, TR-20070, Ankara 3Uludağ Üniversitesi-Fizik Bölümü, TR-16059, Bursa

4Akdeniz Üniversitesi-Fizik Bölümü, TR07058, Antalya

Kanser tedavilerinde kullanılması planlanan manyetik akışkan hipertermi özelliğine sahip olan Fe2O3 bileşiklerinin dezavantajlarını ortadan kaldıracak La katkılı perovskit yapıların üretildiği bu çalışmada, Fe2O3 bileşiğinin La katkılama oranına bağlı olarak yapısal değişim süreçleri ve manyetik özellikleri incelenmiştir. Yapısal değişimlerin manyetik özellikler üzerine olan etkileri sistematik olarak gerçekleştirilmiştir.

Hipertermi, tümörleri 41-46oC aralığında sıcaklıklara ısıtarak kanseri tedavi etmek için kullanılmaktadır [1]. Bu işlemde, ısıtma mediatörleri bir tümöre enjekte edilir ve daha sonra dışarıdan alternatif bir manyetik alan uygulanarak enjekte edilen malzemenin ısınmasına neden olunur. Manyetik nano-parçacıklar dahil olmak üzere hipertermi için Fe2O3, Fe3O4, gibi birçok ısıtma mediatörü önerilmiştir. Bu işlem manyetik sıvı hipertermi (MFH) olarak adlandırılır ve özellikle tümör hücrelerinin tahribatı için yeni perspektif sunmaktadır. Son yıllarda, manyetit Fe3O4 ve maghemit Fe2O3, kendi doğal biyo-uyumluluklarından dolayı manyetik sıvılar biçiminde kolaylıkla sentezlenebilmektedir ve bu nedenle MFH gelişimi için tercih edilmişleridir. Bununla birlikte, kullanımlarındaki asıl sorun tedavi sıcaklığının kontrol edilememesidir. Bu yüzden bölgesel aşırı ısınma nedeniyle sağlıklı dokularda hasara neden olabilmektedir. Manyetik özelliklerin, malzemenin Curie sıcaklığı TC'den etkilendiği yani ferromanyetik malzemelerin güçlü manyetik özelliklerini kaybedip paramanyetik hale geldiği çok iyi bilinmektedir. Bu nedenle, tedavi sıcaklık aralığı (41-46oC) olan bir TC'ye sahip manyetik nano-parçacıkların, ortam sıcaklığı TC değerine ulaştığında ısıtma özellikleri kendiliğinden duracaktır. Günümüzde de bilinen, ABO3 tipi perovskitler, manyetik akışkan hipertermi uygulamalarının umut verici

bir aday olarak görülmektedirler. Kolay üretimleri, yüksek mıknatıslanma değerlerinin yanında perovskit yapılar birçok sağlık uygulaması için büyük bir öneme sahiptirler. Kontrol edilebilir bir TC'ye sahip La katkılı La1-

xFexFeO3'e perovskit bileşikleri üreterek MFH aracıları elde edilmesi planlanmıştır. Böylelikle Fe2O3 bileşiğinin dezavantajlarının ortadan kaldırılması planlanarak La katkısı ile bu bileşiklerin TC kontrol edilerek, manyetik özellikleri belirlenmiştir.

Şekil 1: La1-xFexO3 bileşiklerinin oda sıcaklığındaki

histeresis eğrileri.

Kaynakça 1. A. Jordan, R. Scholz, P. Wust, H. Fahling, R. Felix, “Magnetic fluid hyperthermia (MFH): Cancer

treatment with AC magnetic field induced excitation of biocompatible superparamagnetic nanoparticles”, J. Magn. Magn. Mater. 201 413-419 (1999).

P16


CVD Grafen Üzerinde Biriktirilen Cu Nano-Parçacıklara Yeni Bir Bakış

C. Gökhan Ünlü1, Mehmet Acet2, Atakan Tekgül3,4, Michael Farle2, Şaban Atakan5, Jürgen Lindner5,

1Pamukkale Üniversitesi-Biyomedikal Mühendisliği Bölümü, TR-20070, Denizli

2 Duisburg-Essen Üniversitesi-Fizik Bölümü, D-45141, Duisburg, Almanya 3Uludağ Üniversitesi-Fizik Bölümü, TR-16059, Bursa

4Akdeniz Üniversitesi-Fizik Bölümü, TR-07058, Antalya 5Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf-, Dresden, Almanya

Üstün özelliklere sahip olan grafen yapısının, biyosensör uygulamaları için geliştirilme aşamasında grafen-Cu nano-partikül yapıların üretimi için yeni bir yaklaşım geliştirilmiştir. Bu üretim, Cu folyolar üzerinde CVD ile geniş bir yüzeye sahip olarak üretilen grafenler, SiO2 alt tabakaların üzerine aktarılarak magnetron püskürtme yöntemi ile Cu nano-partiküller grafen üzerinde gerçekleştirilmiştir.

Grafen mükemmel mekanik, elektriksel, termal, tribolojik ve optik özelliklere sahip, elektronik cihazlar, süper kapasitörler, kompozit malzemeler ve esnek şeffaf ekranlar gibi çok sayıda uygulamada potansiyel bir kullanım alanına sahip olan üstün özellikli bir malzemedir [1,2]. Grafenin yüzey-hacim oranı son derece yüksek bir yapı özelliğine sahiptir. Grafenin bu yüksek oranı uygulamada algılayıcı olarak geniş bir yüzeye sahip cihazların üretilmesine olanak sağlamaktadır. Grafenin bu özelliklerini geliştirilmesine yönelik grafen-nanopartikül hibrit yapı çalışmaları malzeme biliminde grafene bağlı sensörlerdeki kullanım alanlarını artıracaktır [3]. Bu uygulama alanlarının başında gelen sağlık alanında kandaki glikoz tayini gibi gündelik hayatta önem arz eden uygulamalar başı çekmektedir. Grafen-metal nanopartikül yapılar genellikle ıslak kimyasal sentez ile elde edilmektedirler. Kimyasal işlemle metal üretimi, kimyasal ajanlar kullanılarak, metalik tuzların indirgenmesiyle gerçekleştirilir [4]. Magnetron sputter tekniğiyle, grafen-metal nano-partikül üretimi herhangi bir kontaminasyona maruz kalmadan vakum ortamında diğer yöntemlerden daha kolay bir şekilde üretilebilirler. Aynı zamanda bu yöntem parçacık büyüklük dağılımı ve parçacık sayısını kontrol edebilmek için uygun bir yöntemdir.

Çalışmada biyosensör uygulamalarında kullanılmak üzere grafen-Cu nanopartikül üretimi için yeni bir yaklaşım geliştirilmiştir. Bu yaklaşımda, Cu folyoların üzerine CVD yardımıyla ile geniş yüzey alanına sahip grafen (2x2 cm2) hazırlandı ve transfer işlemi ile SiO2 altaşlar üzerine aktarıldı. Bu yapının üzerine Cu nanopartiküller magnetron sputter tekniği ile grafen üzerinde toplandı. Grafen-Cu nanopartikül yapısının kontrolü için Raman Spektroskopisi, SEM (bir örnek olarak şekil 1) ve TEM analizleri kullanılmıştır.

Şekil 1: Grafen-Cu nano-partikül yapısının taramalı

elektron mikroskobu ile görüntülenmesi

Kaynakça

1. R.R. Nair, P. Blake, A.N. Grigorenko, K.S. Novoselov, T.J. Booth, T. Stauber, N.M.R. Peres, A.K. Geim, “Fine Structure Constant Defines Visual Transparency of Graphene”, Science, 320, 1308 (2008).

2. A.K. Geim, “Graphene: Status and Prospects”, Science, 324, 1530-1534 (2009). 3. T. Kuila, S. Bose, A.K. Mishra, P. Khanra, N.H. Kim, J.H. Lee, Progress in Materials Science, 57, 1061-1105

(2012). 4. C.L. Tan and H. Zhang, “” Nature Communications, 6, (2015).

P17


Biyosensör Uygulamaları için Manyetik İnce Film Üretimi ve Karakterizasyonu

Hasan Pişkin1, Numan Akdoğan1,2

1Gebze Teknik Üniversitesi, Fizik Bölümü, 41400 Kocaeli 2Gebze Teknik Üniversitesi, Nanoteknoloji Enstitüsü, 41400 Kocaeli

Si (111) alttaş üzerine zayıf exchange bias etkileşimine sahip üç katmanlı IrMn/Cu/NiFe sensör yapısı büyütülerek, manyetik ve yapısal karakterizasyonları yapılmıştır. X-ışını kırınımı ölçümleri ile IrMn’ın (111) yönündeki texture yapısının tavlamadan sonra daha iyi hale geldiği tespit edilmiştir. Üç katmanlı ince film yapısı 400 K’de 0,75 Tesla manyetik alan altında tavlandıktan sonra oda sıcaklığında exchange bias etkisi gözlenmiştir. Bu sonuçlar, IrMn/Cu/NiFe sensör yapısının oda sıcaklığının üstündeki uygulamalar için kullanılabileceğini göstermektedir.

Günümüzde, vücut sıvılarındaki düşük miktardaki biyo hedefleri (bulaşıcı hastalıklar gibi) teşhis etmek için floresan işaretçiler yerine manyetik işaretçileri algılayabilen manyeto-direnç tabanlı sensörler geliştirilmektedir [1-3]. Floresan işaretçilerle yapılan teşhisler manyetik sensörler ile yapılan teşhislere kıyasla çok daha uzun sürmektedir ve bazen floresan işaretçiler yanlış sonuçlar da verebilmektedir. Biyolojik ortam normalde manyetik olmadığından manyetik sensörlerin algıladığı sinyalin yanlış olma ihtimali yok denecek kadar azdır.

Bu çalışmada, oda sıcaklığında exchange bias etkisi gösteren üç katmanlı sürekli film yapısındaki IrMn/Cu/NiFe örnek sistemi Si (111) alttaş üzerine magnetron sputter sistemi ile büyütülmüştür. Hazırlanan ince filmin manyetik karakterizasyonu boyuna manyeto-optik Kerr etkisi (L-MOKE) ölçüm tekniği ile yapılmıştır. L-MOKE ölçümlerinin sonucunda ince filmin tek eksenli manyetik anizotropiye sahip olduğu belirlenmiş ve histeresis eğrisinde negatif yöne doğru kayma tespit edilmiştir. Açıya bağlı L-MOKE ölçümleri ile manyetik ince filmin kolay ve zor eksenleri tespit edilerek, 400 K’de kolay eksen yönünde 0,75 T alan altında tavlama yapılmıştır. Şekil 1’de görüldüğü üzere tavlanmamış (as-grown) örneğe göre, tavlanmış (post-annealed) örneğin zorlayıcı alanlarında genişleme (ΔHc=25 Oe) ve hafifçe sola kayma görülmektedir (HEB=14 Oe). Üretilen ince

filmin kalınlık analizi x-ışını yansıması (XRR) ölçüm sonuçlarının fit edilmesi ile yapılmıştır. X-ışını kırınımı (XRD) ölçümlerine göre, ince film sistemi 400 K’de 0.75 tesla manyetik alan altında tavlandıktan sonra, IrMn’ın (111) pikinde keskinleşme olduğu görülmüştür. Ayrıca litografi yöntemleri ile istenilen sensör geometrileri oluşturularak, sıcaklığa bağlı hassasiyet ölçümleri yapılmıştır.

Şekil 1. IrMn/Cu/NiFe örneğinin tavlama işleminden önceki (as-grown) ve sonraki (post-annealed)

mıknatıslanma eğrisi.

Kaynakça 1. L. Ejsing, M. F. Hansen, A. K. Menon, H. A. Ferreira, D. L. Graham, and P. P. Freitas, Appl. Phys. Lett. 84,

4729, 2004. 2. B. D. Tu, T. Q. Hung, N. T. Thanh, T. M. Danh, N. H. Duc, and C. G. Kim, J. Appl. Phys. 104, 074701,

2008. 3. T. Q. Hung, O. Snjong, B. Sinha, J. R. Jeong, D. Y. Kim and C. Kim. J. Appl. Phys . 107, 09E715, 2010.

P18


Fotovoltaik Güneş Hücresi Uygulamalarında Kullanılabilecek Cu2ZnSnS4 Filmlerinin Üretimi ve Karakterizasyonu

İdris Akyüz, Remzi Aydın, Ferhunde Atay, Salih Köse

Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi- Fizik Bölümü, 26480 Eskişehir

Bu çalışmada iki aşamalı bir süreç ile Cu2ZnSnS4 (CZTS) filmleri elde edilmiştir. Öncelikle ZnS/Sn/Cu yapısında öncül kaplamalar, CZTS film stokiyometrisine uygun olacak kalınlıklarda, ısıl buharlaştırma tekniği ile üretilmiştir. Daha sonra bu yapı 500 C’ de 45 dk süre ile grafit bir hücre içerisinde sülfür ortamında tavlama işlemine tabi tutularak CZTS filmleri elde edilmiştir. Elde edilen CZTS filmlerinin yapısal özelliklerini incelemek için X-ışını kırınım (XRD) desenleri kullanılmıştır. Filmlerin optik bant aralığı değerleri optik metot ile belirlenmiştir. Yüzey morfolojilerini incelemek üzere atomik kuvvet mikroskobu (AKM) kullanılmıştır. Filmlerin elektriksel özdirenç değerleri ise dört-uç tekniği ile belirlenmiştir. Çalışmanın çıktıları, elde edilen filmlerin potansiyel fotovoltaik güneş hücresi uygulamaları açısından değerlendirilmiştir.

CZTS son yıllarda düşük maliyetli ince film güneş hücresi uygulamaları için dikkat çeken bir malzeme olmaya başlamıştır. CZTS tabanlı güneş hücrelerinde %9.1 civarında verimlilik değerlerine ulaşılmıştır. Fotovoltaik teknolojisinde popüler olan Cu(In,Ga)Se2 ve CdTe filmlerinde bulunan toksik ve nadir elementlerin CZTS filmlerinde bulunmaması çevresel etkiler açısından da bu malzeme üzerine olan ilgiyi arttırmaktadır [1-2]. Bu çalışmada üretilen CZTS filmlerinin fotovoltaik güneş hücrelerinde soğurucu tabaka olarak kullanım potansiyelini araştırmak amacı ile elektrik, optik, yapısal ve yüzey özellikleri incelenmiştir. Filmlerin elektriksel özdirenç değerleri dört-uç tekniği sistemi ile 0.4A akım sürülerek 1.15×100 Ωcm olarak belirlenmiştir. Bu mertebede bir özdirenç değeri, hücre uygulamalarında şönt direnç etkilerini azaltması açısından önemlidir. CZTS tabanlı güneş hücrelerinde soğurucu tabakanın yüzey morfolojisi aygıt verimi üzerinde güçlü etkiye sahiptir. Çalışmamızda üretilen filmlerin Şekil 1’de verilen AKM görüntüleri incelendiğinde, yüzeylerinin yığılma şeklinde oluşumlar içerdiği ve yüzey yapılanmasının pürüzlü olduğu dikkat çekmektedir. Bu durum fotovoltaik uygulamalarda kısa devre etkileri nedeniyle verimliliğin azalmasına neden olabilir. CZTS filmleri için rms (Rq) ve ortalama (Ra) pürüzlülük değerleri sırası ile 57nm ve 44nm olarak belirlenmiştir. CZTS filmlerinin optik bant aralığını belirlemek amacı ile UV/VIS spektrofotometresi ile soğurma spektrumları alınmış ve optik metot yardımı ile bant aralığı değeri 1.43 eV olarak hesaplanmıştır. CZTS filmlerinin XRD desenleri alınarak kristal yapı analizi yapılmış ve fotovoltaik uygulamalarda problem teşkil

edebilecek CuS, Cu2S, SnS, SnS2, Cu3SnS4 ve Cu4SnS4 gibi istenmeyen ikincil fazların yapıda bulunmadığı ve CZTS filmlerinin (112) düzlemi boyunca tercihli bir büyüme sergilediği belirlenmiştir.

Şekil 1: CZTS filmlerinin AKM görüntüsü.

Bu çalışmada elde edilen CZTS filmi elektriksel özdirenç ve kristal yapı açısından arzu edilen özelliklerde olsa da, heteroeklem yapılarda kullanılabilmesi için yüzeysel özelliklerinde iyileştirilmeler yapılması gerekmektedir. İlerideki çalışmalarda sülfürleme parametreleri değiştirilerek yüzey özellikleri iyileştirilmeye çalışılacaktır. *Bu çalışma Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Bilimsel Araştırma Komisyonu tarafından 19036 nolu proje ile desteklenmiştir.

Kaynakça

1. H.Katagiri, N.Sasaguchi, S.Hando, S.Hoshino, J.Ohashi, T.Yokota, Sol. Energy Mater. Sol. Cells 49 (3) (1997) 407.

2. M.A.Green, K.Emery, Y.Hishikawa, W.Warta, E.D.Dunlop, Progress in Photovoltaics, 24 (2016) 905-913. ..

P19


İki Boyutlu Tek Katmanlı ReS2 Malzemesinde Hidrojenlenmeye Bağlı - Yapısal Faz Geçişi

M. Yağmurcukardeşa, C. Bacaksıza, R. T. Sengera, H. Şahinb

a İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü, Fizik Bölümü, 35430 İzmir, Türkiye

b İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü, Fotonik Bölümü, 35430 İzmir, Türkiye İki boyutlu tek katmanlı ReS2 bilinen birçok geçiş metali dikalkojeninden farklı olarak, çarpık bir hegzagonal yapıya ve buna paralel olarak anizotropik fiziksel özelliklere sahiptir [Tongay et al., Nat. Commun. 5, 3252 (2014)]. Bu çalışmada, tek katmanlı ReS2 yüzeyinin H atomları ile fonksiyonelleştirilmesinin malzemenin yapısal, elektronik ve mekanik özelliklerine olan etkisi yoğunluk fonksiyonel teorisi (YFT) yöntemleriyle incelendi. Yapısal olarak Re4 atom kümelerine sahip tek katmanlı ReS2 yapısının hidrojenlenme etkisi altında Re2 ikililerine sahip, daha önce rapor edilmemiş kararlı yeni bir faza (1T ReS2- ReS2H2) geçeceği gösterildi. Ayrıca, tek katmanlı 1T ReS2- ReS2H2 yapısı sahip olduğu indirekt yasak bant aralığı ve daha esnek mekanik özellikleriyle, tek katmanlı ReS2 yapısından farklı özellikler sergileyeceği rapor edildi.

Geçiş metali dikalkojenleri (GMD), van der Waals tipi katmanlı yapılara örnek olarak bilinen ve yığın durumları uzun zamandır çalışılan bir malzeme grubudur. Grafenin başarılı bir şekilde sentezlenmesinin ardından, GMD yapılarında da 2 boyuta inildiğinde farklı elektronik, optik ve mekanik özelliklerin elde ediliği gözlenmiştir. Yakın zamanda grubumuzca yapılan çalışmayla anizotropik özelliklere sahip tek katmanlı ReS2 de bu malzeme ailesine kazandırılmıştır. [1] Hidrojenleme yolu ile iki boyutlu malzemelerin fonksiyonelleştirilmelerinin, malzemenin yapısal, elektronik ve mekanik özelliklerini değiştirdiği yapılan çalışmalar ile gösterilmiştir. Bu çalışmada, YFT tabanlı VASP paket programı kullanılarak tek katmanlı ReS2 yapısının hidrojenlenmeye müsait bir malzeme olduğu ve olası hidrojenleme senaryosu altında yapısal olarak yeni, kararlı bir faza sahip olabileceği gösterilmiştir. Öncelikle tek H- Tablo 1: Tek katmanlı ReS2 ve hidrojenlenmiş yapısının hesaplanmış olan mekanik sabitleri Yapı Tabaka içi

Sertlik (N/m)

Poisson Sabiti

ReS2 Cx = 166 Cy = 159

νx = 0.19 νy = 0.19

1TReS2- ReS2H2

Cx = 128 Cy = 097

νx = 0.38 νy = 0.29

Şekil 1: Tek katmanlı (a) ReS2 ve (b) 1TReS2- ReS2H2 yapıları ve faz geçişinin en küçük birim yapıları (ortada). atomunun ReS2 yüzeyi ile görece yüksek bir bağlanma enerjisi ile etkileştiği hesaplanmıştır (0.81 eV) . Yapıdaki tüm S-atomları H-atomları ile doyurulduğunda bulunan yeni fazın (1TReS2- ReS2H2) elektronik olarak indirekt yasak bant aralığına sahip bir yarı iletken olduğu bulunmuştur. Hesaplanan mekanik sabitler tek katmanlı 1TReS2- ReS2H2 malzemesinin tek katmanlı ReS2 yapısından mekanik olarak daha esnek bir malzeme olduğunu göstermiştir. Hidrojenleme yoluyla fonksiyonelleştirilmeye uygun olması, daha önce rapor edilmemiş bir faz olması ve farklı elektronik ve mekanik özellikleri bakımından 1TReS2- ReS2H2

ilgi çekici olmaya aday bir malzemedir.

Kaynakça 1 S. Tongay, H. Sahin, C. Ko, A. Luce, W. Fan, K. Liu, J. Zhou, Y. S. Huang, C. H. Ho, J. Y. Yan, D. F. Ogletree, S.

Aloni, J. Ji, S. S. Li, J. B. Li, F. M. Peeters, and J. Q. Wu, Nat. Commun. 5, 3252, (2014).

P20


PbTiO3 perovskitlerde Co katkılamaya bağlı elektronik yapı değişimlerinin ve NMR kaymalarının ilk prensip hesaplamaları ile tayini

Merve Yortanlı [1], Oğuz Gülseren [2], Deniz Üner [3], Şinasi Ellialtıoğlu [4] ve Ersen Mete [5]

[1] Balıkesir Üniversitesi, Fizik Bölümü, 10145 Balıkesir [2] Bilkent Üniversitesi, Fizik Bölümü, 06800 Ankara

[3] Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Kimya Mühendisliği, 06800 Ankara [4] TED Üniversitesi, Temel Bilimler, 06420 Ankara

PbTiO3 perovskit yapısında oksijen bağlanma enerjilerinin Co dopan konsantrasyonuna göre değişimi hibrit yoğunluk fonksiyeneli teorisi (DFT) hesaplamaları ile incelendi. Pb1-xCoxTiO3 (x = 1/8, 1/4, 1/2) malzemelerinin elektronik özellikleri, Hartree-Fock değiş-tokuş enerjisi takviyeli DFT fonksiyonelleri ile belirlendi. Bu yöntemle, deneysel bulgularla örtüşen yasak enerji aralıkları bulundu. Ayrıca, kobalt katkılamanın, yapıda bulunan çekirdeklerde meydana getirdiği NMR kimyasal kaymalarının, deneysel verilerle tutarlı olacak şekilde teorik hesaplamalardan elde edilebileceği gösterildi.

Guneş ışığından faydalanarak CO2 ve H2O’dan elektro,foto ve termokimyasal oksijen ayrıştırma yoluyla yenilenebilir kimyasal yakıtların elde edilmesi konusunda perovskite yapılar one cıkmaktadır.[1] Son yıllarda, bu konuda PbTiO3 perovskit malzemesi bu amaca uygun olacak adaylardan biri olarak gorulmektedir.[2] Tam değiş-tokuş enerjisi iceren modern hibrit yoğunluk fonksiyonelleri, ABO3 yapılı yarıiletken malzemelerdeki Oksijen difuzyonu mekanizmalarının belirlenmesinde,oksijen boşluk oluşum enerjilerinin ve bunlara ait enerji durumlarının deneysel gozlemlerle uyuşacak bicimde turetilmesinde başarılı sonuclar vermektedir. PbTiO3, 325 K sıcaklıkta tetragonal fazda bulunmaktadır. Hartree-Fock değiş-tokuş enerjisi iceren hibrit fonksiyonel hesaplamaları deneylerle tutarlı şekilde, geniş bant aralığının X-Γ arasında 2.7 eV civarında olduğunu ongormektedir. Sistematik bicimde (1/8, 1/4, 1/2 oranlarında) Co katkılamanın yasak enerji aralığını 2.14 eV değerine kadar duşurduğu gosterildi. Ayrıca, Co konsantrasyonuna bağlı olarak oksijen bağlarının ciddi oranda zayıfladığı belirlendi.

Periyodik sistemlere uyarlanan yeni bir yöntemle[3] tetragonal Pb1-xCoxTiO3 yapısındaki çekirdeklerin NMR kimyasal kayma hesaplamalarını gereçkleştirdik. Pb’nin Co koordinasyonuna bağlı olarak farklı kimyasal kaymalar gösterdiği bulundu. Teori ve kimyasal NMR sonuçlarında 300 ppm fark ile birbiri ile tutarlıdır. Bu farkın Pb gibi ağır çekirdeklerde relativistik etkilere bağlı olabileceği öngörülmektedir.

Kaynakça 1. M. Ezbiri, K. M. Allen, M. E. Galvez, R. Michalsky, A. Steinfeld, “Design Principles of Perovskites for

Thermochemical Oxygen Separation”, ChemSusChem 8, 1966--1971 (2015). 2. T. Xu, T. Shimada, Y. Araki, J. Wang, T. Kitamura, “Multiferroic Domain Walls in Ferroelectric PbTiO3

with Oxygen Deficiency”, Nano Lett. 16, 454–458 (2016). 3. C. J. Pickard, F. Mauri, “All-electron magnetic response with pseudopotentials: NMR chemical shifts”,

Phys. Rev. B 63, 245101 (2001).

P21


REZONANT TÜNELLEMENİN YOĞUN LAZER ALANLARI İLE

KONTROL EDİLEBİLİRLİĞİ

Neslihan Akıncı1, Serpil Şakiroğlu2, İsmail Sökmen2

1Dokuz Eylül Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Fizik Bölümü, 35390, İzmir 2Dokuz Eylül Üniversitesi, Fen Fakültesi, Fizik Bölümü, 35390, İzmir

Bu çalışmada, simetrik ve asimetrik çift-bariyer heteroyapılarda dış elektrik alan ve lazer alanının resonant tünelleme üzerine etkileri araştırılmıştır. Rezonant olmayan, monkromatik lazer alanının etkisi yüksek-frekans Floquet yaklaşımı çerçevesinde ele alınmıştır. Geçiş katsayısının, sistem parametrelerine ve dış alanlara bağlılığı sonlu farklar yöntemine dayalı denge-dışı Green fonksiyonu şeması kullanılarak hesaplanmıştır.

Düşük-boyutlu yarıiletken heteroyapılara dayalı elektronik cihazlarda, dış alanların (lazer,

elektrik, manyetik) sistemin karakteristiklerini nasıl değiştirdiğini belirlemek elektronik taşınımın kontrol edilebilirliği açısından büyük önem arz etmektedir [1-2]. Bariyer-Kuyu-Bariyer şeklinde tanımlı bir-boyutlu kuantum yapılarda lazer alan şiddeti ile quasi-bağlı durumların değişim mekanizmasının anlaşılması, yüksek performanslı yeni nesil elektronik devrelerin geliştirilmesi açısından katkı sağlayacaktır [3-5].

Bu çalışmada, yüksek-frekanslı yoğun lazer alanı ve elektrik alan altındaki simetrik ve asimetrik

ters-parabolik çift-bariyer heteroyapılarda, kuyu genişliği, bariyer genişliği ve yüksekliği gibi yapı karakteristiklerinin elektron geçiş katsayısı ve rezonant tünellemenin kontrol edilebilirliği üzerine etkileri teorik olarak incelenmiştir. Nümerik sonuçlar, lazer alanının sistemin potansiyel profilini önemli ölçüde değiştirdiğini göstermektedir. Kuyu genişliğinin yarısından küçük lazer alan şiddetlerinde heteroyapının çift-bariyer yapısını korunduğu ancak büyük lazer alan şiddetlerinde bariyerlerin birleşmesiyle farklı tek bariyer yapıların oluştuğu görülmüştür. Geçiş katsayısı, sonlu farklar metoduna dayalı denge-dışı Green fonksiyonu kullanarak analiz edilmiştir [6]. Elde edilen sonuçlar, elektron enerjisinin bir fonksiyonu olan geçiş katsayısının değişimi ile bağlantılı rezonans enerji piklerinin, yapı karakteristiklerine ve dış alanların şiddetine güçlü bir şekilde bağlı olduğunu ortaya koymaktadır. Ters-parabolik çift-bariyer yapılarda rezonant tünellemenin yoğun lazer alanı ile kontrol edilebilirliğinin anlaşılmasının, devre uygulamalarında rehberlik etmesi beklenmektedir [7].

Kaynakça 1. R. Tsu ve L. Esaki, Applied Physics Letters 22, 562 (1973) 2. H. Yamamoto ve X.B. Zhao, Phys. Status solidi B 217, 793 (2000) 3. S. Aktas, A. Bilekkaya, F.K. Boz, S.E. Okan, Superlattices and Microstructures 85 266–273 (2015) 4. E.C. Valadares, Physical Review B 41 1292 (1990) 5. F.M.S. Lima, M.A. Amato, O.A.C. Nunes, A.L.A. Fonseca, B.G. Enders, ve E.F. da Silva JrM., Journal of

Applied Physics 105, 123111 (2009) 6. M. Bati, S. Sakiroglu, ve I. Sokmen, Chin. Phys. B 25, 5 057307 (2016) 7. S. Aktas, H. Kes, F.K. Boz, S.E. Okan, Superlattices and Microstructures 98 220227 (2016)

P22


Farklı Tabanlar Üzerine Üretilen Flor Katkılı Kalay Oksit (Sno2:F) Filmlerinin Güneş Pillerine Uygunluğunun İncelenmesi

Özge Ay, Senem Aydoğu

Dumlupınar Üniversitesi-Fizik Bölümü, 43266, Kütahya

Bu çalışmada cam ve silisyum taban üzerine 350 oC taban sıcaklığında Flor katkılı Kalay Oksit filmleri ultrasonik kimyasal püskürtme yöntemi ile (USP) üretilmiştir. Üretilen F:SnO2 filmlerinin elektriksel, optik ve yapısal özellikleri belirlenmiştir. Bu özellikleri bakımından F:SnO2 filmlerinin güneş pillerine uygunluğu incelenmiştir.

Bu çalışmada Flor katkılı Kalay Oksit filmleri 350 C de cam ve silisyum tabanlar üzerine ultrasonik kimyasal püskürtme yöntemi (USP) ile üretilmiştir. Kalay Oksit Kalay Klorür, saf su ve metanol karışımı olan çözeltiden, Flor ise Amonyum Florür,saf su ve metanol karışımı olan çözeltiden elde edilmiştir. Çözelti akış hızı 20dk/100 ml olarak ayarlanmıştır. XRD örnekleri filmlerin polikristal yapıda olduğunu göstermiştir. Tablo 1: AFM sonuçları

Şekil 1: AFM 3 boyutlu görüntüsü

AFM görüntüsüne bakıldığında cam tabanlar üzerine üretilen filmin yaklaşık 62 nm tanecik boyutu olduğu görülmüştür. Yapısal olarak küresel iri tanecikli olduğu görülmektedir.

..

0

1000

2000

10 30 50 70

Intensity

2Q

SnO2:F (Si taban)

P23


Lam Üzerine Buharlaştırılmış ve Buharlaştırılmamış InSe Yarıiletken Kristalinin Gama Transmisyon Faktörlerinin, Tavlama Sıcaklıklarıyla

Değişimlerinin Karşılaştırılması

Burcu AKÇA1 ve Salih Zeki ERZENEOĞLU2

1 Ardahan Üniversitesi, Bilgisayar Mühendisliği, 75000 Ardahan 2Atatürk Üniversitesi, Fizik Bölümü, 25240 Erzurum

Çalışmamızda, lama buharlaştırılmadan kullanılmış ve homojen bir yüzey elde etmek için lama (cam) buharlaştırılmış InSe yarıiletken kristalinin gama transmisyon faktörleri (T), farklı tavlama sıcaklıklarında en ideal tavlama zamanı olarak tespit edilmiş 30 dakika için dar şua geometrisi kurularak ölçülmüştür. Transmisyon katsayıları için oluşturulmuş deney düzeneğinde (Şekil 1) hassas ölçümler elde edilmiştir. Yapılan deneyde EDXRF (Energy Dispersive X-Ray Fluorescence) sayma sistemi, şiddeti 100 mCi olan Am-241 nokta kaynağının 59,54 keV enerjili γ-ışınları kullanılmıştır. Yarıiletken kristal Bridgman/Stockbarger metodu kullanılarak büyütülmüştür. Lama buharlaştırılan numunede tavlama sıcaklığı, camın çatlamasından dolayı maksimum 180 iken lama buharlaştırılmayan numunede ise maksimum 300 olabilmiştir.

Sonuçlar grafiksel olarak verilmiştir (Şekil 2,3). Elde edilen sonuçlara göre lama buharlaştırılan ve buharlaştırılmayan InSe için farklı değişimler elde edilmiştir. Lama buharlaştırılan ve buharlaştırılmadan kullanılan InSe için tavlama sıcaklığı ile transmisyon faktörü 100-120 sıcaklıklar için benzer şekilde artış göstermiştir. Fakat diğer sıcaklıklar için farklı değişimler gözlenmiştir[1]

Şekil 2: Lama buharlaştırılmamış InSe

Şekil 1. Deney düzeneği Şekil 3: Lama buharlaştırılmış InSe

Kaynakça [1]. B. Akça, S. Z. Erzeneoğlu, B. Gürbulak, “Measurement of γ-ray transmission factors of semiconductor crystals at various annealing temperature and time” Indian Journal of Pure & Applied Physics 53 (1), 49-55 (2015).

50 100 150 200 250 300

0.970

0.972

0.974

0.976

0.978

0.980

0.982

0.984

0.986

0.988

0.990

0.992

Lama buharlaştırılmamış InSe

Gam

a T

ran

sm

isyo

n F

ak

törü

(T

)


60 80 100 120 140 160 180

0.966

0.967

0.968

0.969

0.970

0.971

0.972

Lama buharlaştırılmış InSe

Ga

ma

Tra

ns

mis

yo

n F

ak

törü

(T

)


P24


Deposition of ITO Thin Films by Large Area DC Magnetron Sputtering

Şehriban Zeybek

İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü- Fizik Bölümü, 35430 İzmir (IYTE), 35430, Izmir, Turkey Teknoma Teknolojik Ltd., Urla, İzmir, Turkey

Among transparent conductive oxides (TCO), indium tin oxide (ITO) is widely preferred because of its unique properties such as high transparency in the visible region and low resistivity. The main goal of this study is to grow ITO thin films with good electrical and optical properties on large area substrates. The growth of ITO with excellent electrical and optical characteristics by DC magnetron sputtering on small area such as microscope glass (2 x 2 cm2) is very well controlled [3-4]. However, growth of ITO on large areas, required by industrial needs, is quite complicated. Recently, we improved the growth method in our large area rectangular magnetron sputtering system by employing a heating during deposition process. As large as 60x90 cm2 area ITO thin films were grown at heated substrates without necessary ex-situ heat treatment with electrical, optical and mechanical characteristics comparable to state of the art ITO thin films.

.

Kaynakça

1. C. W. Tang et al., Appl. Phys. Lett., 51 913 (1987) 2. O. Tuna et al., Journal of Physics D: Applied Physics, 43 055402 (2010) 3. H. Koseoglu, et al., Vacuum, 120 8-13 (2015)

..

P25


Rydberg atomlarında atomik uyarılmanın difüzyonu

Sevil Altuğ1, Sevilay Sevinçli2, Özgür Çakır1

1 İYTE Fizik Bölümü, 35430 İzmir

2 İYTE Fotonik Bölümü, 35430 İzmir

Lazer ile güdümlenen artalan gazları içine gömülmüş bir ultrasoğuk Rydberg atomları dizisi için uyarılmanın taşınması dinamikleri çalışılmıştır. [1] Böyle bir sistemde, Rydberg kümesindeki atomların difüzyon süresi için Rydberg dizisi atomları ile artalan gazı atomları arasındaki mesafenin bu süre üzerindeki etkisi incelenmiştir.

Bir Rydberg atomları dizisinin “küme” olarak adlandırılan tek boyutlu bir zincir oluşturduğu varsayılmıştır.[1] Bu şekilde Rydberg kümesi ve artalan gazı olmak üzere iki atom grubu üzerinde çalışılmış ve küme ve artalan gazı atomlarının bulundukları konumda donmuş halde oldukları ve her gaz atomunun yalnızca bir küme atomu ile etkileştiği varsayılmıştır.

Şekil 1: (1a) Rydberg kümesi atomları ve (1b) artalan gaz atomlarına ait enerji seviyeleri. (1c)Rydberg kümesi ve artalan gazının çalışmamızda ele aldığımız şekilde birbirlerine göre konumlarını gösteren şemalar .

Küme atomları temel “s” durumunda veya uyarılmış olarak “p” durumunda bulunabilir. Sadece tek bir küme atomu p durumunda olabilir ve bu uyarılmış durum sadece komşu atomlarla etkileşim ile taşınabilir.

Bahsi geçen artalan gaz atomları da küme atomları gibi Rydberg düzeyine uyarılmıştır ancak daha düşük kuantum sayısına sahip Rydberg atomlarıdır ve bu atomlar “elektromanyetik olarak indüklenmiş geçirgenlik” (EIT) göstermektedirler. [2] Küme atomları yakınındayken, artalan gaz atomunun bu geçirgenliği bozulur ve küme atomları “etkileşim kuvvetinin büyüklüğü” ile belirlenen yarıçapa sahip bir gölge oluşturur.

Uyarılmış durumdaki küme atomunun gölgesi diğer küme atomlarına kıyasla daha büyüktür, bu sayede deneysel olarak uyarılmış durumun nerede olduğu takip edilebilir. [1]

Bu çalışmada, uyarılmış durumun küme atomları üzerinde difüzyonu ile ilgilenilmiştir. Difüzyon süresi üzerinde küme ve artalan atomları arasındaki mesafenin etkisinin çalışıldığı bu sistem, açık kuantum sistemlerde difüzyon ve lokalizasyon ile ilgili iyi bir model oluşturmaktadır.

Kaynakça 1. D. W. Schönleber, A. Eisfeld, M. Genkin,

S. Whitlock, “Quantum Simulation of Energy Transport with Embedded Rydberg Aggregates”, Phys. Rev. Lett. 114, 123005 (2015).

2. S. Sevinçli, C. Ates, T. Pohl, H. Schempp, C. S. Hofmann, G. Gunter , T. Amthor, M. Weidemuller, J. D. Pritchard, D. Maxwell, A. Gauguet, K. J. Weatherill, M. P. A. Jones, C. S. Adams, " Quantum interference in interacting three-level Rydberg gases: coherent population trapping and electromagnetically induced transparency ", J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 44, 184018 (2011).

.

P26


Biyolojik Uygulamalar İçin Manyetodirenç Etkili Planar Hall Sensörünün Geliştirilmesi

Şafak Gök1, Hasan Pişkin2, Numan Akdoğan1,2

1Gebze Teknik Üniversitesi, Fizik Bölümü, 41400 Kocaeli

2Gebze Teknik Üniversitesi, Nanoteknoloji Enstitüsü, 41400 Kocaeli

Bu çalışmada herhangi bir bulaşıcı hastalığın, günümüzün ileri manyetoelektronik teknolojileri kullanılarak nasıl teşhis edilebileceği üzerinde durulmuştur. Bu hedefe ulaşmak için manyetodirenç planar Hall sensörü seçilmiştir. Bu sensör türü çok yüksek sinyal-gürültü oranı, çok yüksek çözünürlüğü (nano-Tesla mertebesinde), küçük manyetik alanlarda verdiği planar Hall gerilim çıkışının doğrusal olması ve düşük frekanslarda sıcaklığa bağlı kaymanın diğer sensör türlerine göre daha az olması gibi bilinen özelliklerinden dolayı tercih edilmiştir [1]. Manyetodirenç etkisine dayalı planar Hall sensörünü üretmek için, değiş-tokuş kaydırma etkisi gözlenen spin vanası diziliminde üç tabakalı bir malzeme yapısı kullanılmıştır. Bu üç tabakalı malzeme saçtırmalı kaplama tekniği ile büyütülmüştür. Bu kapsamda artı ve halka şeklindeki sensör geometrileri çalışılmıştır.

Floresan işaretçiler yerine manyetik işaretçileri algılayan manyeto-direnç tabanlı biyoçipler, vücut sıvılarındaki düşük biyo-hedef konsantrasyonunu hassas olarak ölçebilmek için yoğun bir şekilde araştırılmaktadır. Bu araştırmalardaki temel amaç ise manyetik işaretçileri algılamak üzere en uygun hale getirilmiş çok hassas manyetik alan sensörlerinin geliştirilmesidir. Bütün manyetik biyosensörler biyolojik moleküllere bağlanan manyetik parçacıkların kaçak alanlarını algılamaktadır. Bu çalışmada biyo uygulamalar için planar Hall etkisine dayalı sensör geliştirilmesi hedeflenmiştir. Bu amaçla, belirlenen spin vanası yapısının büyütülmesi, ıslak kimyasal fotolitografik yöntemlerle sensör geometrisinin oluşturulması, malzeme sisteminin elektronik transport özelliklerinin analizi ve benzer birkaç sensörün bir mikro akışkan kanallar ağına entegrasyonu planlanmıştır. Bu kapsamda, değiş-tokuş kaydırma etkisi gösteren IrMn/NiFe/Cu/NiFe malzeme diziliminde bir spin vanası kullanılmıştır. Bu tabakalar Si (111) alttaş üzerine büyütülmüştür. Analizi yapılacak sensör geometrileri, ıslak kimyasal fotolitografi teknikleri ile 1 µm çözünürlükte hazırlanmıştır. Üretilen sürekli filmlerin ve

sensör yapılarının manyetik, yapısal ve elektronik özellikleri manyeto-optik Kerr etkisi (MOKE), titreşimli örnek manyetometresi (VSM), x-ışını kırınımı (XRD), x-ışını yansıması (XRR) ve planar Hall etkisi yöntemleri kullanılarak belirlenmiştir. Şekil 1: PHE geriliminin manyetik alana göre değişimi. Grafikteki ölçüm oda sıcaklığında yapılmıştır. Sensöre sürülen elektrik akımı 5 mA ve ulaşılan sensör hassasiyeti 5,4 µV/Oe değerindedir.

Kaynakça 1. T. Q. Hung, D. Y. Kim, B. P. Rao, Ch. Kim, “Novel planar Hall sensor for biomedical diagnosing Lab-on-

a-chip”, Book: “State of the Art in Biosensors – General Aspects”, Chapter 9, Edited by Toonika Rinken, pages 197–239 (2013).

P27


Elektrokalorik Soğutma Uygulamaları için BaTiO3 temelli ferroelektrik malzemeler

Tuğçe Demirtay, Keriman Şanlı, Umut Adem

İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü, Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölümü, 35430, Urla, İzmir

Bu çalışmada, (1-x)BaTiO3-xBi(Li1/3Ti2/3)O3 (0.05≤x≤0.2) ferroelektrik katı çözelti sisteminde kompozisyona bağlı olarak elektrokalorik sıcaklık değişimi değerlerinin elde edilerek, elektrokalorik etkinin farklı mekanizmalara bağlı olarak nasıl değiştiği araştırılmaktadır. Şu ana kadar, seramik malzemeler katı-hal sentezi yönetimyle üretilmiş, XRD deneyleriyle kompozisyona bağlı olarak meydana gelen kristal yapı değişikliği belirlenmiş, sıcaklığa bağlı elektriksel kutuplanma ölçümleri ve Maxwell denklemleri kullanılarak elektrokalorik sıcaklık değişimi saf BaTiO3 örneği için hesaplanmış ve 20 kV/cm elektrik alan altında ve ferroelektrik Curie sıcaklığı civarında yaklaşık 0.3 K olarak bulunmuştur.

Elektrokalorik etki (EKE), dielektrik malzemelerin adiyabatik ortamda bir elektrik alana maruz bırakıldıklarında malzemede meydana gelen sıcaklık değişikliği olarak tanımlanabilir. Bu etki, elektrik alan uygulandığında ya da kaldırıldığında dielektrik malzemenin dipollerinin düzenlenmesi ya da rastgele hale gelmesiyle ortaya çıkan entropi değişiminden kaynaklanmaktadır. Elektrokalorik etki günümüzde kullanılan gaz sıkıştırmaya dayalı soğutma teknolojisine alternatif olarak daha verimli ve çevre dostu bir soğutma teknolojisi olarak elektrokalorik soğutma teknolojisine temel oluşturmaktadır. Ancak, EKE henüz bu malzemelerin soğutma uygulamalarında kullanılmaları için yeterince yüksek değildir. Buna karşın son yıllarda hem elektrokalorik etki gösteren malzemelerin özelliklerindeki gelişmeler, elektrokalorik soğutmanın uygulamanma potansiyelini artırmıştır. Ferroelektrik malzemelerde ferrolektrik-paraelektrik faz geçiş sıcaklığı civarında elektriksel dipollerin elektrik alana hassasiyeti yüksek olduğundan, ferroelektrik malzemeler en iyi elektrokalorik malzemelerdir[1]. EKE’nin ‘morfotropik faz sınırı’na sahip kompozisyonlarda ve 'relaksör ferroelektrik' malzemelerde göreceli olarak yüksek olduğu bilinmektedir[2]. (1-x)BaTiO3-xBi(Li1/3Ti2/3)O3 (0.05≤x≤0.2) katı çözelti

sisteminde, malzeme kompozisyonu değiştikçe bir morfotropik faz sınırı bölgesinden relaksör ferroelektrik özellik gösteren kompozisyona geçildiği gösterilmiştir[2]. Bu çalışmanın amacı EKE’nin yani elektrokalorik sıcaklık değişimi değerlerinin bu farklı özellik gösteren kompozisyonlar için nasıl değiştiğini ölçerek, EKE’nin farklı mekanizmalarla nasıl kontrol edildiğini gözlemlemektir. Katı-hal sentezi yöntemiyle üretilen malzemelerin EKE değerleri, Şekil 1’de gösterilen sıcaklığa bağlı elektriksel kutuplanma ölçümleriyle ölçülmüş, ‘dolaylı yöntem’le hesaplanmıştır.

-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20

-20

0

20

140 C

120 C

100 C

70 C

30 C

Ele

ctr

ica

l P

ola

riza

tion

(C

/cm

2)

Electric field (kV/cm)

Şekil 1: Saf BaTiO3 malzemesi için sıcaklığa bağlı

elektriksel kutuplanma ölçümleri.

Bu çalışma TÜBİTAK tarafından 315M241 no’lu proje kapsamında desteklenmektedir.

Kaynakça 1. M. Valant, “Electrocaloric materials for future solid-state refrigeration Technologies” , Progress in Materials

Science 57, 980–100 (2012). 2. Y. Liu, J.F. Scott, and B. Dkhil, ‘Some strategies for improving caloric responses with ferroelectrics’, APL

Materials, 4, 064109-9 (2016). 3. Ma, C. and X. Tan, "Morphotropic phase boundary and electrical properties of lead-free (1-x)BaTiO3-

xBi(Li1/3Ti2/3)O3 ceramics", Journal of Applied Physics, 107, 124108-6 (2010). .

P29

Documents

21 Nisan 2017 - Yoğun Madde Fiziği | İzmir Toplantısıymf.iyte.edu.tr/wp-content/uploads/2017/04/YMF_Kitapcik... · 2017-04-19 · transferinin değişimi sayesinde bu bileşiklerin