davetli sunumlar - Hacettepe Üniversitesi

 DAVETLİ SUNUMLAR
D01
. Yoğun Madde Fiziği Ankara Toplantısı, Hacettepe Üniversitesi, 6 Aralık
4
Yoğun Madde Ortamında Kuantum Hesaplama
Zafer Gedik
Sabancı Üniversitesi
Kuantum algoritmalarının hesaplama gücünün kaynağı uzun süredir tartışma konusudur.
Kuantum paralelliği, üst üste binme özelliği, dolaşıklık gibi kaynaklara ek olarak bağlamsallığın
(contextuality) önemli rolü olabileceği öne sürülmüştür. Kuantum mekaniğinin bağlamsallık
özelliğinin üç seviyeli sistemlerden (kutrit) itibaren ortaya çıkması, tek kutritli bir kuantum
algoritmasının bulunup bulunamayacağı sorusunu da beraberinde getirmiştir. Bu konuşmada yakın
zamanda önerilen tek kutritli bir kuantum algoritması [1] anlatılacak, algoritmanın çalışmasının
bağlamsallıkla olası ilgisi tartışılacak ve algoritmanın uygulandığı iki farklı nükleer manyetik
rezonans sistemi izah edilecektir [2,3].
1. Computational speed-up with a single qutrit, Z. Gedik, arXiv:1403.5861 [quant-ph]
2. Determining the parity of a permutation using an experimental NMR qutrit, S. Dogra, Arvind,
and K. Dorai, Physics Letters A 378, 3452(2014)
3. Computational speed-up in a single qudit NMR quantum information processor, I. A. Silva, B.
Çakmak, G. Karpat, E. L. G. Vidoto, D. O. Soares-Pinto, E. R. deAzevedo, F. F. Fanchini, and
Z. Gedik, arXiv:1406.3579 [quant-ph]
D02
. Yoğun Madde Fiziği Ankara Toplantısı, Hacettepe Üniversitesi, 6 Aralık
4
Nanoplazmonik Temelli Biyosensörler ve Fotodetektörler
Ekmel Ozbay
Nanoteknoloji Araştırma Merkezi, Bilkent Üniversitesi, Ankara
Bu konuşmada nanoplazmonik bazlı biyosensörler ve fotodedektörler konusundaki son
çalışmalarımızı aktaracağız. Safir alttaş üzerinde elektron demet litografisi yöntemi ile periyodik olarak
işlenmiş gümüş nanosilindirler kullanarak lokalize yüzey plazmon rezonans (LSPR) etkisine dayalı, etiket
içermeyen, optik nano biyosensörler geliştirdik. Bu aygıtlarda algılama mekanizması hedef çözelti içinde
yer alan avidin malzemesinin gümüş nano silindirler üzerinde yer alan biyotin malzemesine bağlanması
sonucunda oluşan kırılma indisi değişimin LSPR dalga boyunda yarattığı kaymaların gözlemlenmesine
dayanır. Bu aygıtlarda elde ettiğimiz sonuçlar, bu plazmonik yapının biyo-algılama uygulamaları için başarı
ile kullanılabileceğini ve bu kullanımın özel bakteri türlerinin saptanması konularını da kapsayacak şekilde
genişletilebileceği gösterdi [1]. Çift rezonans içeren nanoyapılar içeren yeni biyonanosensörler Yüzey
Geliştirilmiş Raman Spektroskopisi (YGRS) uygulamaları için kullanılmıştır. Özel tasarım ve üretim
yöntemleri ile imal edilen ve Altın-Silisyumdioksit-Altın katmanlarından oluşan nanokonilerin rezonans
frekansları, lazer uyarma ve Stokes frekansları ile uyumlu çıkmıştır. YGRS deneyleri kullanarak tek
rezonanslı altın temelli nanokoniler ile çift rezonanslı nanokonilerin performansları karşılaştırılmıştır [2].
Yarıiletken temelli aygıtlar ile plazmonik temelli yapıların entegrasyonunun birçok potansiyel uygulaması
vardır. Bu tür uygulamalarda aygıtların boyutları küçülürken, aygıtın içine veya aygıttan dışarı daha çok
ışığın kuple edilmesi sağlanır. Bu etki etrafında GaN temelli morötesi dalgaboylarında çalışan plazmonik
anten entegreli metal yarıiletken metal (MSM) fotodetektörler geliştirdik. Morötesi dalgaboyları için
Alüminyum temelli nano-ızgara yapılar tasarlandı ve imal edildi ve bu yapıların plazmonik rezonans
yansıtma spektrumları ölçüldü. Optimize ızgara yapısına sahip entegre fotodedektörlerin standart aygıtlara
göre sekiz kat daha fazla fotoakıma sahip oldukları gözlemlendi [3]. En son olarak epitaksiyal grafen ile
metamalzeme temelli yarık halka rezonatör dizisi içeren nanofotonik bir aygıtın tasarımı, üretimi ve ölçümü
yapıldı. Şeffaf bir tepe-anahtar içeren bir epitaksiyel grafen transistör kullanarak, bölünmüş halka
rezonatörlerin rezonans genişlemesinin voltaj ile değiştirebileceği gösterildi [4].
1. Neval Cinel, Serkan Butun, and Ekmel Ozbay, "Electron beam lithography designed silver nanodisks
used as label free nano-biosensors based on localized surface plasmon resonance," Optics Express 20,
2587 (2012).
2. Neval A. Cinel , Serkan Bütün , Gülay Ertas¸ Ekmel Ozbay, “Fairy Chimney Shaped Tandem
Metamaterials as Double Resonance SERS Substrates,” Small 9, 531 (2013).
3. Serkan Butun, Neval A. Cinel, and Ekmel Ozbay, “LSPR enhanced MSM UV photodetectors,”
Nanotechnology 23, 444010 (2012).
4. Semih Cakmakyapan, Humeyra Caglayan, and Ekmel Ozbay, “Coupling enhancement of split ring
resonators on graphene,” Carbon 80, 351 (2014).
D03
. Yoğun Madde Fiziği Ankara Toplantısı, Hacettepe Üniversitesi, 6 Aralık
4
{AxA’1-x}{ByB’1-y}O3 seramik bileşiklerinin termodinamik kararlılığı ve mekanik özellikleri üzerine
Berna Akgenç, Çetin Taşseven, Justin B. Haskins, Alper Kinaci, Tahir Çağın
Kırklareli Üniversitesi, Fizik Bölümü, Kırklareli
Yıldız Teknik Üniversitesi, Fizik Bölümü, Istanbul
Texas A&M University, Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölümü, College Station, Texas, ABD
ABO3 seramikleri ve alaşımları piezoelektrik özellikleri nedeniyle özellikle elektromekanik algılama ve
mekanik enerjiyi kullanılabilir elektrik enerjiye dönüştürmek bakımından önem taşır. Bu tür malzemelerin
elektromekanik davranışlarını geliştirmek için değişik bileşikler, ve bu bileşiklerin yapı ve özelliklerini
irdelemek daha verimli düzenekler oluşturmak amacıyla bu çalışmada, yoğunluk fonsiyonu teorisine dayalı
metodları kullanarak, çeşitli {AxA’1-x}{ByB’1-y}O3 bileşiklerinin faz kararlılığı, mekanik kararlılık ve
özelliklerini inceledik. Özellikle A, A’ = Ba, Sr, Pb, K, Ag; B, B’ = Ti, Zr, Nb alaşımları şeklinde
oluşturalan kübik fazlarda, yapı, kompozisyon, düzen değişkenlerinin, elektromekanik özellikler üzerindeki
etkisi 2×2×2 ve 3×3×3 birim hücrelerle oluşturulan modellerle inceledik. Bu çalışmada ayrıca
elektromekanik özellikleri belirlemede yer yer homojen alan metodları ile LRT metodlarını aynı modellere
uygulayarak metodların karşılaştırılması da hedeflendi [1-5]
ABO3 tipi seramik ve alaşımlarının yoğunluk fonksiyonu teorisi bazında çalışılması doğrudan atomik
düzey ve yapısal düzeyde elektronik polarizasyonu vermesi bir avantaj olmakla birlikte, bunun yüksek
sıcaklıklarda da çalışılıp anlaşılması uygulamalar açısından vazgeçilmez derecede önemlidir. Bu bağlamda,
yük-aktarımlı polarize olabilecek klasik etkileşim potansiyelleri aracılığıyla bu tip malzemeler yüksek
sıcaklıklarda moleküler dinamik yöntemleri ile ele alındı. [6-7]
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
M. Uludogan, P.D. Guarin, Z. E. Gomez, T. Cagin and W. A. Goddard, CMES Vol:882, No1, pp 1-24, 2008.
V. R. Copper, A. S. Henry, S.Takagi and D. Singh, Appl. Phys. Lett. 98, 122903 (2011).
S.V. Halilov, M. Fornari and D.J. Singh, Appll. Phys. Lett. 81, 18 (2002).
P. Ravindran, L. Fast, P.A. Korzhavyi, B. Johansson, J. Wills and O. Eriksson, J. Appl. Phys. 84, 4891 (1998).
Alper Kinaci, C. Sevik, T. Çağın, “Electronic Transport Properties of SrTiO3 and its alloys: Sr1−xLaxTiO3, and
SrTi1−xQxO3, Q = Nb, Ta” Physical Review B 82, 155114 (2010).
J.B. Haskins, A. Kinaci, T. Çağın, “Molecular Dynamics Simulations of Piezoelectric Materials for Energy
Harvesting Applications,” Materials Science Forum 792, 54-64 (2014).
R. Mbarki, J. B. Haskins, A. Kinaci, T. Çağın, “Temperature Dependence of Flexoelectricity,” Phys. Lett. A
378(30-31): 2181-2183 (2014),
D04 20. Yoğun Madde Fiziği Ankara Toplantısı, Hacettepe Üniversitesi, 26 Aralık 2014 N-Yapılı Süperörgü Kızılötesi dedektörünün Optik ve Elektronik Özellikleri
Y. Ergün1 , M. Hoştut2 , T. Tansel3, A. Muti4 , M. alyörük5, K. Akel1, A. Aydınlı4
1
Anadolu Üniversitesi, Eskişehir
2
Akdeniz Üniversitesi, Antalya
3
Hacettepe üniversitesi,Beytepe, Ankara
4
Bilkent Üniversitesi, Bilkent, Ankara
5
Dumlupınar Üniversitesi, Kütahya
GaSb/AlSb/InAs süperörgü sisteminin kızılötesi
dedektör yapısı hem deneysel ve hem de teorik
olarak incelenmiştir. Süperörgü dedektörler
yüksek sıcaklıkta çalışabilme potansiyeli ve
MCT
dedektörlere
göre
daha
kolay
büyütülebilmesi nedeniyle alternatif dedektör
sistemleridir. Tasarım mühendisliği ile bu üç
farklı III-V yarıiletken dizininden Tip II
sınıflamasına giren düşük karanlık akım ve
yüksek kuantum verimi sonuçlarına ulaşılmaya
çalışılmaktadır. Tip II yapı dizinlerinin
oluşturduğu gerçek uzay band profillerinin
benzetimiyle M-yapıları, W-yapıları, Pi-yapıları
adlarını almaktadır. N-yapı ise grubumuz
tarafından geliştirlen ve bu adla literature
kazandırılan bir dizin olmanın yanında
uluslararsı patent sürecin de de sona gelinmiştir.
Hem elektronik ve hem de optik olarak elde
edilen deneysel sonuçlar ve torik yaklaşımlarla
elde edilen temel yapı analizi ayrıntılı olarak
incelenmiştir. Optik kızılötesi bölgenin orta
dalga bölgesinde 4.2 mikrometrede 1012 Jones
duygunluk (detectivity) ve 109 A/cm2 akım
yoğunluğu (karanlık akım) elde edilmiştir. pin
yapısındaki bu dizinin BLIP sıcaklığının da 125
K olduğu bulunmuştur. n-yapılı süperörgü
dizininin ayrıca hh-lh ayrışmasının Auger
yeniden birleşme mekanizmalarını baskılayacak
kadar büyük olduğu ve yüzey kaçak akımlarının
en aza indirgeyen elektron bariyeri ortaya
koyduğu gösterilmiştir.
D05
. Yoğun Madde Fiziği Ankara Toplantısı, Hacettepe Üniversitesi, 6 Aralık
4
Topolojik Yalıtkan ve Sıradan Yalıtkan arası Landau-Zener Geçişleri
Mehmet Özgür Öktel
Bilkent Üniversitesi, Fizik Bölümü 06800, Ankara
Ultrasoğuk atom deneyleri yoğun madde modellerinin kontrollü bir şekilde incelenmesine
olanak sağlamaktadır. Son yıllarda katı hal sistemleri olarak yüksek ilgi gören topolojik yalıtkan
fazların ultrasoğuk atomlarla yaratılması ve katı hal sistemlerinden daha geniş bir parametre
uzayında incelenmesi de mümkün olmuştur. Bu çalışmada topolojik yalıtkan fazı ile sıradan
yalıtkan fazı arasında yapılacak hızlı geçişlerin sonuçlarını inceledik. Böyle bir faz geçişi bantlar
arası yasak enenerji aralığının kapanmasını gerektirdiği için asla tam anlamıyla adiyabitik
yapılamaz. Sonuç olarak ani geçiş limitinde her Dirac konisi başına 1/6 Chern sayısı transfer
edildiğini, ve bu değerin uyarılan parçacık sayısı çok az olsa sabit kaldığını gösterdik. Basit bir
topolojik yalıtkan modeli olan Haldane modeli üzerinde de kenar akımlarının zamana bağlılığnı
inceledik, ve kenarda oluşacak dipol örüntülü akım yoğunluğunun topolojik yalıtkan geçişinin bir
öncüsü olduğunu gösterdik.
D06
. Yoğun Madde Fiziği Ankara Toplantısı, Hacettepe Üniversitesi, 6 Aralık
4
Fotovoltaik’te Işık Yönetimi ve Hücre Modellemesi
Selçuk Yerci
Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, GÜNAM,
Orta Doğu Teknik Üniversitesi 06800, Ankara
Güneş gözesi üretiminde kullanılan malzemelerin ve üretim işleminin maliyetinin yüksek
olmasının yanında dünyanın her yerinde güneş
gözelerinden elde edilen ışık-elektrik çevriminin
halen istenilği kadar yüksek verimlilikte
olmaması, enerji üretiminde güneş enerjisi
kullanımının
yeterince
yaygınlaşmasını
güçleştirmektedir. Tek kristal silisyum, fotovoltaik endüstrisine on yıllardır hükmetmektedir.
Silisyumum bu hükmünün en önemli nedenleri
dünyada bol miktarda bulunması, ideale çok
yakın bant aralığı, kolay katkılanabilirliği ve tek
kristal
büyütme
sırasındaki
katışkı
ayıklanmasının çok yüksek düzeylerde olması
gösterilebilir. Bunun yanı sıra yüksek kırılma
imleci ışığın silisyum içerisine hapsolmasını
kolaylaştırmakta, yüksek mekanik dayanıklılığı
ve düşük elektromigras-yonu sayesinde uzun
ömürlü (>25 yıl) güneş panellerinin üretilmesine
izin vermektedir. Maalesef silisyumun bu başarısı
bile güneşten elde edilen elektriği fiyat/verimlilik
oranın fosil yakıtlardan elde edilen elektrik ile
yarışabilmesi için yeterli değildir. Bu noktada
dünyada bol miktarlarda bulunan başka
madenlerden üretilmiş elementler kullanılarak
ince film güneş gözeleri, çoklu kristal yapısında
silisyum veya tek kristal ince film (10-40 m)
silisyum güneş gözeleri üretilebilir. Bu seçenekler
içerisinde yakın gelecekte yüksek verimliliklere
çıkma ihtimali en yüksek olan tek kristal ince film
silisyum güneş gözeleridir.
İnce film tek kristal silisyum pullarından
üretilen yüksek verimlilikteki güneş gözeleri
silisyum pulunun maliyetini 10 kat veya daha
fazla azaltarak maliyet/verimlilik oranını doğal
gaz ile yarışabilecek bir seviyeye indirebilir [1].
Tek kristal ince film silisyum güneş gözelerinin
üretilebilmesi için üç temel zorluk vardır. Bunlar
silisyumun kütükten sıyrılması, ince film silisyum
güneş gözeleri için uygun ışık kapanı yapılarının
geliştirilmesi ve güneş gözesinin işlenme
değişkenlerinin ince film silisyum güneş gözeleri
için optimizasyonudur.
kontak
Beyaz oklar  elektron akısı
Siyah oklar  hol akısı
kontak
Şekil 1: Üst ve alt kontaklı bir fotovoltaik
hücrenin elektron ve hol akıları. Kırmızı ve mavi
bölgeler sırasıyla n- ve p-tipi katkılamayı
gösterir.
Bu çalışmada, ışığın güneş gözesi içerisinde
soğrulması ve yük taşıyıcılarının toplanması
mekanizmalarının beraber optimizasyonu için
sonlu element metodu tabanlı bir çoklufizik
platformu tanıtılacaktır. Bu platform kullanılarak
iki boyutlu ışık kapanlarının yükseklik / genişlik
oranının en uygun değerinin 0.7 olduğunu
göstermiş bulunmaktayız. Bu sunumda ayrıca
üretmiş olduğumuz %15’in üzerinde bir
verimliliğe sahip 10 m kalınlığındaki güneş
gözelerinin karakteristiklerini tartışacağız.
1. A. Mavrokefalos et al., Efficient Light Trapping in Inverted Nanopyramid Thin Crystalline Silicon Membranes for
Solar Cell Applications. Nano Letters, 2012.
D07
. Yoğun Madde Fiziği Ankara Toplantısı, Hacettepe Üniversitesi, 6 Aralık
4
Kuantum Nokta Oluşum Modelleri: Epitaksiyel Gerilim Altındaki Filmlerin Topolojik Karasızlıkları
Ersin Emre ÖREN1,2
Biyomedikal Mühendisliği Bölümü, 2Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Mühendisliği Bölümü, TOBB
Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi, 06560, Ankara, Türkiye.
1
Kuantum noktalar (Quantum dots, QD) 2-20 nanometre çapında metalik veya yarıiletken
parçacıklardır [1,2]. QD’larda enerji düzeyleri kuantize olup, bu enerji düzeyleri QD’ların şekil, boyut, belirli
bir alandaki dizilim/yoğunluk ve malzeme kompozisyonu ayarlanarak kontrol edilebilir [2-4]. Bu özellikleri
ile, QD’lar elektronik, fotonik ve manyetik birçok yeni cihazın (fotovoltaikler [5], kuantum bilgisayarlar [6],
tek elektron transistörler [7], lazer üretimi ve tıbbi görüntüleme [2]) geliştirilebilmesi için denenmektedir.
Şekil 1: Kuantum noktalar (a,b); Kuantum noktalarda boyuta bağlı enerji tayf değişimi (c); Kuantum nokta dizileri (d).
Stranski-Krastanow (SK) ince film büyütme tekniği ile dislokasyonsuz ve birbirlerine ince bir ıslatma katmanı
ile bağlı QD’lar üretilebilmektedir [8]. Bu tip nano yapıların oluşumunda, difüzyon anizotropisi, kristal
yapı/yerleşim, ve sistemdeki epitaksiyel gerilimler büyük etkiye sahiptirler. Bu çalışmada, QD morfolojik
evrimi ve ıslatma katmanının oluşumu modellenerek, yapılan simülasyonlar sonucunda kristal yapı/yerleşim,
difüzyon anisotropisi, yüzey enerjileri gibi malzeme özellikleri ile uygulanan içsel ve dışşal gerilimlerin
etkileri incelenmiştir. Simülasyonlarda belirli bir gerilim değerinin altında izole adaların oluşumu gözlenirken,
bu eşik gerilim değerinin üzerinde ise ince bir ıslatma katmanı ile bağlantılı SK-tipi adacıkların oluşumu
gözlenmiştir. Ayrıca, sistemdeki anizotropik malzeme özelliklerini kontrol ederek, yarı küreselden piramit
şekilli yapılara kadar değişen çeşitli QD morfolojileri elde etmenin mümkün olduğu gösterilmiştir. Son olarak,
uygulanan uyumsuzluk gerilimleri, film ile altlık arasındaki ıslatma açısı ve sistemdeki başlangıç yüzey
pürüzlülüğünün şiddetinin QD morfolojisi üzerindeki etkileri, kararlılık ve denge şekillerini içeren faz
diyagramları ile gösterilmiştir.
Bu çalışma, TOBB ETÜ, TÜBİTAK (111T343 projesi) ve TÜBA GEBİP tarafından desteklenmektedir.
M.A. Reed, J.N. Randall, R.J. Aggarwal, R.J. Matyi, T.M. Moore, A.E. Wetsel, Phy. Rev. Lett. 60, 535 (1988).
D. Bimberg, U.W. Pohl, Materials Today, 14 (9), 388 (2011).
J.V. Barth, G.C. Costantini, K. Kern, Nature, 437, 671 (2005).
T.O. Ogurtani, A. Celik & E.E. Oren, J. of Appl. Phys. 115, 224307 (2014).
Luque, J. Appl. Phys. 110, 031301 (2011).
G. Burkard, D. Loss, D.P. DiVincenzo, Phys. Rev. B, 59, 2070 (1999).
O. Kumar, M. Kaur, Int. J. VLSI Design & Communication Systems, 1, 24-29 (2010).
8. D.J. Eaglesham, M. Cerullo, Phys. Rev. Lett., 64 (16), 1943 (1990).
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
D08
. Yoğun Madde Fiziği Ankara Toplantısı, Hacettepe Üniversitesi, 6 Aralık
4
Mn3GaC Antipervoskite Bileşiğindeki Magneto-yapısal Faz Geçişinin Magnetokalorik Etki Açısından
Nötron Kırınım Deneyleri ile İncelenmesi
Ö. Çakır1,2, F. Scheibel3, M. Acet3, M.Farle3 and A. Senyshyn4
Physics Department, Yildiz Technical University, TR-34220 Esenler, Istanbul
2
Physics Engineering Department, Ankara University, TR-06100 Ankara
3
Faculty of Physics and CENIDE, Universit€at Duisburg-Essen, D-47048 Duisburg, Germany
4
Forschungsneutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz FRM-II, Technische Universitat Munchen, D-85747
Garching bei Munchen, Germany
1
Son yıllarda, Mn temelli Antipervoskite yapılar
Mn3MC (M: Al, Zn, Ga, Ge, Sn, In) magnetik ve
yapısal özelliklerinden dolayı oldukça ilgi
görmektedirler. Bu sistemler fcc kübik kristal
yapısına sahip olup, Mn atomları yüzeyde, M
atomları köşelerde, karbon atomu ise oktahedral
boşlukta hacim merkezinde bulunmaktadır [1].
Mn3MC sisteminde, M atomları magnetik
düzenlenimde önemli rol oynamaktadır, M atomu
Sn In, Al olduğunda tek bir magnetik faz geçişi
Curie sıcaklığında (TC= 292, 272, ve 293 K
sırasıyla) gözlenirken, M atomu Ga ve Zn
olduğunda iki magnetik düzenlenim sıcaklığına
rastlanmaktadır [2].
Özellikle antipervoskite sistemler arasında
Mn3GaC, birinci dereceden faz geçişinin olduğu
bölgede geniş magnetokalorik etki (MCE)
gösterdiğinden dolayı daha ilgi çekicidir. Birinci
dereceden magneto yapısal faz geçişi,
antiferromagnetik (AF) durumdan ferromagnetik
(FM) duruma 165 K de gerçekleşmekte olup, aynı
zamanda bu geçişe birim hücre hacmindeki % 0.5
lik bir değişim de eşlik etmektedir. İkinci
dereceden faz geçişi paramagnetik (PM) duruma
Curie
sıcaklığında
(TC)
256
K
de
gözlemlenmektedir [3]..
Mn3GaC için magnetik alana bağlı mıknatıslanma
verilerinden
magnetik
entropi
değişimi
1.
2.
3.
hesaplanmış olup, 2 T ‘lık magnetik alan altında
AF- FM birinci dereceden magneto yapısal geçiş
esnasındaki entropi değişimi ΔSM=15 J kg-1K-1
olarak bulunmuştur. Bu geçişe 4K lik termal
histerisiz de eşlik etmektedir. Termal histerisizin
MCE üzerindeki etkisini daha iyi anlayabilmek
için yapılan adiabatik kalorimetri ölçümlerinden
geri dönüşümlü ΔTad =4.5 K lik sıcaklık değişimi
bulunmuştur. Geri dönüşümlü bir soğutma ve
ısıtma elde edilmesi, soğutma teknolojisi için
uygun olmasına ragmen, histerisizin MCE
üzerindeki etkisi gözardı edilmemelidir. Bu
sebepten AF- FM birinci dereceden magneto
yapısal faz geçişi, histerisiz ve hacim anomolisi
arasındaki ilişkiyi daha iyi anlayabilmek için
nötron kırınım deneyi yapılmıştır. Deney
sonucunda, atomların isotropik yerdeğiştirme
verilerinden
ve
çekirdek
yansımalarının
incelenmeleri sonucu olarak, sistemdeki
histerisizin varlığına iki yaklaşım getirilmiştir;
 Mn3GaC pellet olarak sentezlenmesi ve
magnetizasyon ölçümleri toz örnek üzerinde
yapıldığından geçişlerin keskin olmaması
sonucunu doğurmuştur. Aynı örneğin tek
kristalinde
yapılan
magnetizasyon
ölçümlerde histerisizin daha dar olduğu
gözlemlenmiştir.
 Mn3GaC
daki
yüksek
ve
düşük
sıcaklıklardaki kristal hacim farklılığının
oluşturduğu gerinimlerin de histerisize diğer
önemli bir katkı getirdiği düşünülmektedir.
D. Fruchart and E. F. Bertaut, J. Phys. Soc. Jpn. 44, 781 (1978).
B. S. Wang, P. Tong, Y. P. Sun, W. Tang, L. J. Li, X. B. Zhu, Z. R. Yang,and W. H. Song, Phys. B 405, 2427
(2010).
Ö. Çakir and M. Acet, Applied Physics Letters 100, 202404 (2012).
D09
. Yoğun Madde Fiziği Ankara Toplantısı, Hacettepe Üniversitesi, 6 Aralık
4
Düşük Boyutlu Geçiş Metali Kalkojenlerinin Termal Özellikleri
Cem Sevik
Makine Mühendisliği Bölümü, Anadolu Üniversitesi, Eskişehir 26555
Grafenin başarılı bir şekilde iki boyutlu
büyütülmesi farklı kimyasal ve fiziksel
özelliklere haiz yeni iki boyutlu malzemelerin
keşfine yol açmıştır. Bunların arasında,
kendilerine has elektronik ve manyetik
özellikler sergileyen, altı-köşeli bor nitrat (hBN), yarıiletken geçiş metali kalkojenleri
(TMDC), ve geçiş metali oksitleri (TMO)
teknolojik
uygulamalara
adaptasyon
potansiyellerinden dolayı oldukça yoğun ilgi
çekmişlerdir. Tek katmanlı ve çok katmanlı, hBN, MoS2, MoSe2, MoTe2, WS2, WSe2 ve bu
yapıların
hibrit
formlarından
oluşan
malzemeler hali hazırda deneysel olarak
gerçekleştirilmiş ve enerji depolama, katalizör,
sensor, ve field effect transistor gibi birçok
teknolojik uygulamada kullanılabilecek ideal
malzemeler olarak rapor edilmişlerdir.
Bu son derece önemli malzemelerin lineer
termal genleşme katsayıları temel prensiplere
dayalı quasi harmonic yaklaşımı ile sistematik
bir şekilde incelenmiştir. Yapılan hesaplamalar
sonucunda, iki boyutlu grafen ve h-BN’ın
termal genleşme katsayıları söz konusu
malzemelerin yığın formalarından daha negatif
olarak elde edilmiştir[1]. Ayrıca, özellikle
düşük sıcaklıklarda bu iki malzemenin termal
genleşme katsayılarının birbirinden oldukça
farklı olduğu gözlemlenmiştir. Grafen ve hBN’ın tersine geçiş metali kalkojenlerin ve
geçiş metali oksitlerin termal genleşme
katsayılarının daima pozitif ve elmas kristalini
ile karşılaştırılabilir değerlerde olduğu
saptanmıştır [2].
Ayrıca, nanomalzeme araştırmalarının odak
malzemelerinden biri haline gelen yarıiletken
geçiş metali kalkojenlerinin termal taşınım
özelliklerini inceleme adına, söz konusu
malzemelerin yapısal ve dinamik özelliklerini
temel prensipler hesapları ile tutarlı bir şekilde
modelleyen Stillinger-Weber türü atomlar arası
etkileşim potansiyelleri fit edilmiştir. Fit edilen
potansiyeller kullanılarak, malzemelerin termal
özellikleri, moleküler dinamik simülasyonları
ile sistematik olarak incelemektedir. İlk
bulgularımız, deneysel çalışmalar ile oldukça
uyumludur.
1. C. Sevik, Assessment on lattice thermal properties of two-dimensional honeycomb structures:
Graphene, h-BN, h-MoS2, and h-MoSe2, Phys. Rev. B Vol. 89, 035422 2014
2. D. Cakir, F. M. Peeters, C. Sevik , Mechanical and thermal properties of h-MX2 (M = Cr, Mo,
W, X = O, S, Se, Te) monolayers: A comparative study, Appl. Phys. Lett. Vol. 104, 203110 2014
D10
. Yoğun Madde Fiziği Ankara Toplantısı, Hacettepe Üniversitesi, 6 Aralık
4
InxGa1-xN Yarıiletken Malzemelerde Artan In Miktarının Derin Seviye Kusurlarına ve Aygıt
Performanslarına Etkileri
Emre Gür
Atatürk Üniversitesi, Fen Fakültesi, Fizik Bölümü, 25240, Erzurum
Bu yıl Nobel fizik bilim ödülünün (In)GaN
yarıiletken bileşik malzemeler ile üretilmiş mavi
LED’ler üzerine yapılan çalışmalara verilmiş
olması, bu malzeme sisteminin son 10 yılda bilim
teknoloji ve dolayısı ile günlük hayatımızda
birçok devrim niteliğinde yenilik getirdiğinin bir
göstergesidir. Bunlardan en önemlisi, elektronik
olarak ana renklerin tamamlanması ile aydınlatma
için beyaz ışık kaynaklarının LED’ler ile
sağlanmasını mümkün kılmasıdır. Bu durum
günümüzün en önemli olgularından biri olan
enerji tasarrufuna çok önemli bir katkıda
bulunduğu gibi, ekonomik anlamda da önemli
kazanımlar sağlamıştır.
InxGa1-xN üçlü bileşik yarıiletkeninde In
miktarının artması ile yarıiletken malzemenin
yasak enerji bant aralığı 3.4 eV ile 0.7 eV arasında
değişmektedir. Uygun In miktarı ile kullanılan
InxGa1-xN filmleri ile oluşturulan mavi LED’lerde
gözlenen gelişmeler, daha yüksek In miktarı
içeren yeşil ve daha ötesindeki dalga boylarında
ışıma yapan LED’lerde gözlenememiştir [1].
Bunun bir sebebi In miktarının artması ile GaN ve
InxGa1-xN epitaksiyel tabakaları arasında artan
polarizasyon ile ışıma veriminin azalmasıdır [2].
Bir diğer sebebi ise InN’ın yüksek sıcaklıklarda
ayrışmasının artmasından dolayı yüksek In
miktarı içeren filmlerin daha düşük sıcaklıklarda
büyütülmesi ve dolayısıyla büyütülen filmlerin
kalitesinin bozulması olarak gösterilebilir [3].
1.
2.
3.
Bu konudaki çalışmalarımızda, ilk olarak
polarizasyonun
etkilerini
azaltmak
için
geleneksel Ga-polar yerine, N-polar InxGa1-xN
filmlerin kullanılması öngörülmüş ve bu amaçla
aynı taban sıcaklıklarında N-polar ve Ga-polar
InxGa1-xN filmler plasma destekli moleküler
demet epitaksisi (PAMBE) ile büyütülmüştür.
Büyütme sonrasında yapılan karekterizasyonlar
sonucunda, aynı sıcaklıklarda N-polar filmlerinde
daha yüksek In miktarlı InxGa1-xN filmleri elde
edilmiştir. 550 0C taban sıcaklığında büyütülen Npolar filmin yasak enerji bant aralığının 1.73 eV
iken, Ga-polar filmin ise 2.36 eV olduğu
gözlenmiştir. N-polar InxGa1-xN üretilen yeşil
bölgede ışıma veren çoklu kuantum kuyulu LED
yapılarında 165 A/cm2 akım yoğunluğuna kadar
LED’in
pik
şiddetinde
bir
azalma
gözlenmemiştir.
İkinci olarak ise; artan In miktarı filmlerin
kaliteleri hakkında bilgi edinmek üzere, farklı In
içeren InxGa1-xN filmlerinde hem In-zengin,
hemde N-zengin büyütmelerde ayrıntılı kusur
karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Artan In
miktarı ile hem In-zengin hemde N-zengin olarak
büyütülen filmlerde artan toplam kusur
yoğunluğu gözlenmiştir. Bunun yanında Inzengin In0.2Ga0.8N filmlerinde N-zengin filmlere
göre yaklaşık 2 kat büyük bir kusur yoğunluğu
gözlenmiştir.
M. H. Crawford, IEEE J. Sel. Top. Quant. 15 (4) (2009).
C. W. T. Takeuchi, S. Yamaguchi, H. Sakai, H. Amano, and I. Akasaki, Appl. Phys. Lett. 73 (12) (1998).
F. K. Yam and Z. Hassan, Superlattices and Microstructures 43 (1), 1-23 (2008).
D11
. Yoğun Madde Fiziği Ankara Toplantısı, Hacettepe Üniversitesi, 6 Aralık
4
Nanoelektromekanik Sistemlerle Moleküler Kütle ve Şekil Ölçümleri
Mehmet Selim Hanay
Makine Mühendisliği Bölümü & Ulusal Nanoteknoloji Araştırma Merkezi (UNAM)
İ.D. Bilkent Üniversitesi, 06800, Çankaya, Ankara
Nanoelektromekanik Sistemler (NEMS),
elektronik yöntemlerle kontrol edilebilen ve en az
bir boyutları, bir mikrometreden küçük olan
mekanik sistemlerdir. Küçük boyutları nedeniyle
fiziksel değişimlere son derece duyarlı olan
NEMS sistemleri, hem temel deneylerde, hem de
algılayıcı uygulamalarında kullanılagelmişlerdir.
Bu konuşmada, NEMS algılayıcılarıyla tekmolekül düzeyinde gerçekleştirilen kütle-ölçüm
deneyleri özetlenecektir. Bu deneylerde, NEMS
yapısı tarafından soğurulan moleküller, yapının
mekanik titreşim frekanslarını değiştirirler.
Frekanstaki bu değişim, molekülün hem kütlesine
hem de yapı üzerindeki konumuna bağlıdır.
Geliştirilen yöntemle, frekans kaymasındaki
konum bileşeni, kütle bileşeninden ayrımlanarak,
moleküler kütle ölçülebilir. Bu yöntemle, bir
NEMS yapısının iki titreşim kipinin aynı anda
kullanılmıştır ve bu sayede IgM moleküllerinin
kütle ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Kütle
ölçümlerinin de ötesinde, NEMS teknolojisiyle
moleküllerin boyutlarını ve şeklini ölçebilecek bir
teknikten de bahsedilecektir. Konuşma, NEMS
algılayıcılarının duyarlılığını sınırlayan fiziksel
etmenleri kısaca derleyecek ve bu alanda
gerçekleşebilecek uygulamalardan örnekler
verecektir.
D12
. Yoğun Madde Fiziği Ankara Toplantısı, Hacettepe Üniversitesi, 6 Aralık
4
Plazmonik materyallerde doğrusal-olmayan optik etkilerin Fano rezonansları ile güçlendirilmesi
Mehmet Emre Taşgın
Hacettepe Üniversitesi, Nükleer Bilimler Enstitüsü 06800, Ankara
Plazmonik rezonatörlerin üzerlerine düşen
ışığı yakın-alanda 105 kadar şiddet farkıyla
konsantre edebilmesi kuantum nesnelerine güçlü
eşleşmenin yanı sıra, çeşitli doğrusal-olmayan
optik özelliklerin de orataya çıkmasına yol açar.
Bu
etkiler;
güçlendirilmiş
Raman
görüntülemesinde, bu malzemelerin optik anahtar
olarak işlevselleşmesinde ve ikincil frekans
çevriminin (second harmonic generation: SHG)
güneş pillerine adaptasyonunda kullanılabilirler.
Bu etkilerden SHG ölçümlerde belirsizlik
sıkıştırılmasına yol açtığı gibi gelen ışımanın eşfazlılık süresini de arttırabilir. Tek-plazmon
kaynakları ve devre işlemlerinde sinyalin
gürültüye oranındaki (signal to noise ratio: SNR)
yükseliş göz önüne alındığında, belirsizlik
sıkıştırılması daha da ön plana çıkmaktadır.
2014 yılının başlarında grubumuz
tarafından yapılan çalışmada [1] SHG etkisinin
Fano rezonanslar kullanılarak birkaç mertebe
güçlendirilebileceği 3-boyutlu sınır eleman
metodu (boundary element method) ile
gösterilmiştir. Yine çalışma takımımız tarafından
gerçekleştirilen deneyde [2], sürekli dalga
(continuous wave: CW) lazer ile SHG
gözlenebilmesi için; molekül sarmalının
oluşturduğu Fano rezonansın SHG'yi yüzlerce kat
güçlendirmesinin gerekliliği gösterilmiştir. Bu
orandaki
güçlendirme
simulasyon
ile
gösterilmiştir.
Şekil 1: a) Yaşam-süresi yüksek olan kuantum noktası, sıcak noktası (hot-spot) ortalarında bulunan iki metal nanoparçacık (MNP)
dimerinin merkezine yerleştirilmiştir. Dolayısıyla plazmonik uyarım ile güçlü şekilde etkileşir. b) Kuantum-noktası sayesinde
oluşan uyarım yollarının girişimi sayesinde, ikincil frekans çevrimi yüzlerce kat güçlendirilir [1,2].
1.
2.
D. Turkpence, Gursoy B. Akguc, Alpan Bek, M. E. Tasgin, J. Opt. 16, 105009 (2014).
Salakhutdinov, D. Kendziora, M. K. Abak, D. Turkpence, L. Piantanida, L. Fruk, M. E. Tasgin, M. Lazzarino,
Alpan Bek, arXiv:1402.5244
D13 20. Yoğun Madde Fiziği Ankara Toplantısı, Hacettepe Üniversitesi, 26 Aralık 2014 Multiferroik Malzemelerde Manyetoelektrik Çiftlenim
Umut Adem
Ankara Üniversitesi, Fizik Mühendisliği Bölümü, Manyetik Malzemeler Araştırma Grubu
Hem manyetik hem de (ferro)elektrik düzene
sahip olan multiferroik malzemeler,
bu
özellikleri
sayesinde
malzemenin
mıknatıslanmasının
(elektriksel
kutuplanmasının)
manyetik (elektrik) alan
yanında elektrik (manyetik) alan uygulanılarak
da kontrolüne olanak verirler. Elektronik
uygulamaları için mıknatıslanmanın elektrik alan
ile kontrolü önemli bir teknolojik aşama
olacaktır çünkü mıknatıslanmanın elektrik alan
ile kontrolü manyetik alan ile kontrolüne kıyasla
çok daha az enerji gerektirmektedir. Bundan
dolayı
bilgi
depolama
(Manyetoelektrik
bellekler), sensör, aktuatör ve spintronik gibi
uygulamalarda
multiferroik
malzemelerin
kullanımı mümkün olacaktır [1,2].
Multiferroik malzemelerin bu uygulamalarda
kullanılabilmeleri için oda sıcaklığında yüksek
elektriksel kutuplanma ve mıknatıslanma
büyüklüklerine sahip olmaları ve yüksek
manyetoelektrik çiftlenim (yani zayıf manyetik
alan altında yüksek elektriksel kutuplanma ve
zayıf elektrik alan altında yüksek mıknatıslanma
değişimi) göstermeleri gerekmektedir. Şu anda
bilinen
multiferroik
malzemelerin
manyetoelektrik çiftlenim değerleri umut vaat
etmekle beraber uygulamalarda kullanılmaları
için yeterli değildir.
Bu konuşmada, multiferroik malzemelere genel
bir giriş yapıldıktan sonra tek kristal olarak
1.
2.
3.
4.
üretilen Y2Cu2O5 malzemesinin sıcaklığa (Şekil
1) ve manyetik alana bağlı kapasitans
ölçümleriyle incelenen manyetoelektrik çiftlenim
özellikleri anlatılacaktır. Antiferromanyetik bir
yalıtkan oksit olan bu malzemenin dielektrik
sabitinin manyetik düzen sıcaklığında değiştiği
ve manyetik alan zorlamalı manyetik faz
geçişlerine duyarlı olduğu gözlenmiştir [3].
İkinci olarak, oda sıcaklığında multiferroik
özellik gösteren yeni bir malzeme olarak ScFeO3
malzemesinin yüksek basınç altında sentezi ve
multiferroik özellikleri anlatılacaktır[4].
Şekil 1: Y2Cu2O5’in sıcaklığa bağlı dielektrik
sabiti ölçümü. Okla belirtilen antiferromanyetik
düzen sıcaklığının altında, kırmızı çizgiyle
ektrapole edilen sıcaklığa bağlı dielektrik
davranış manyetik düzenlenimle değişmektedir.
S. -W. Cheong and M. Mostovoy, Multiferroics: A magnetic twist for ferroelectricity, Nat. Mater. 6, 13, (2007).
J. F. Scott, Applications of Multiferroics, J. Mater. Chem., 22, 4567, (2012).
U. Adem, G. Nenert, Arramel, N. Mufti, G. R. Blake, T. T. M. Palstra, Magnetodielectric coupling by exchange
striction, Eur. Phys. J. B, 71, 393, (2009).
M.R. Li, U. Adem et al. , A polar corundum oxide displaying weak ferromagnetism at room temperature, J. Am.
Chem. Soc. 134, 3737, (2012).
D14
. Yoğun Madde Fiziği Ankara Toplantısı, Hacettepe Üniversitesi, 6 Aralık
4
Temel fizik kullanarak yeni enerji malzemeleri keşfetmek: Lityum pillerini nasıl kararlı ve
güvenli yaparız?
Deniz Günceler
Cornell University, Ithaca NY, ABD
Şarj edilebilir Lityum pilleri, akıllı
telefonlardan elektrikli arabalara kadar birçok
modern teknolojinin temel parçalarından
biridir. Fakat, Lityum'un çok reaktif bir
element olması sebebiyle bu teknoloji birçok
güvenlik
sorununu
barındırmaktadır.
Günümüzde kullanılan Lityum pilleri, bu
sorunları aşmak için positif elektrot (anod)
olarak grafit kullanmaktadır; fakat bu durum
pilin kapasitesinin teorik limitin çok altında
olmasına yol açmaktadır. Prensipte, element
halindeki Lityum metali çok daha iyi bir
elektrod malzemesi olmasına rağmen; pil şarj
olurken elektrokaplamanın düzensiz olması
dendrit denilen fraktal yapıların oluşmasına
yol açarak pil ömrünü kısalttığı gibi, pil
içerisinde kısa devrelere yol açabilmektedir.
Bu çalışmada, joint density functional
teorisini kullanarak dendrit oluşumunun
atomik
mekanizmalarını
açıklamaya
çalışıyoruz. Hesaplarımızdan ve yakın
zamanda yapılmış deneylerden çıkan
sonuçlar, Lityum-elektrolit arayüz enerjisinin
ve yüzey difüzyon bariyerlerinin Lityum
pillerinin performansı üzerinde çok etkili
olduğunu göstermektedir. Bu mekanizmaların anlaşılmasının, yeni şarj edilebilir pil
teknolojilerinin
geliştirilmesine
olanak
sağlayacağını düşünüyoruz.
SÖZLÜ SUNUMLAR
S01
. Yoğun Madde Fiziği Ankara Toplantısı, Hacettepe Üniversitesi, 6 Aralık
4
Radyasyon Basıncı ile Yay Titreşiminin Düşük Sıcaklık Atomik/Manyetik Kuvvet
Mikroskobu’na Uygulanması ve Görüntü Alınması
Özgür Karcı1,2, Ümit Çelik1.3, Ahmet Oral4
1
NanoManyetik Bilimsel Cihazlar Ltd.,06370, Ankara
Hacettepe Üniversitesi, Nanoteknoloji ve Nanotıp Bölümü, 06800, Ankara
3
İstanbul Teknik Üniversitesi, Malzeme Mühendisliği Bölümü, 34469, İstanbul
4
Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Fizik Bölümü, 06800, Ankara
2
Bu çalışmada, radyasyon basıncının etkisini
kullanarak Atomik Kuvvet Mikroskobu (AKM)
yaylarını
titreştirip,
düşük
sıcaklık
Atomik/Manyetik
Kuvvet
Mikroskoplarında
uygulamalarını ve literatürde bu yöntem
kullanılarak alınan ilk görüntüleri paylaşacağız.
AKM yayları genel olarak bir piezo element
aracılığla titreştirilerek resonansa getirilir. Bu
yöntemin yalancı resonans eğrileri ve ideal olmayan
Lorentz eğrileri ortaya çıkarma gibi dezavantajları
bulunmaktadır. Işığın radyasyon basıncı, yayı
doğrudan titreştirmek için kullanılan alternatif bir
yöntem olarak önerilmiş [1, 2] fakat bu yöntem
kullanılarak hiç görüntü elde edilmemiştir.
Düşük sıcaklık AKM [3]’daki yay, 1310 nm dalga
boyunda lazer diyodun yer aldığı bir fiber
interferometre ile hem titreştirilmiş hem de
yaydaki örnek-uç arasındaki etkileşimden doğan
kuvvetler ölçülmüştür. Literatürde, ışığın
radyosyon
etkisinin ölçüldüğü
yumuşak
yaylardaki bu etki ve sapma ölçümü iki farklı ışık
kaynağı
kullanılarak
gösterilmiştir
[4].
Geliştirdiğimiz yöntemde tek bir ışık kaynağı bu
iki farklı işi yapabilmektedir. DC akım
uygulayarak 3 mW sabit güçte sürülen lazer
diyoda, bir PLL aracılığıyla yayın resonans
frekansında AC modülasyon uygulanmıştır. Bu
şeklide yayın DC ofset etrafında AC modülasyon
tarafından
titreştirilmesi
sağlanmıştır.
P
gücündeki ışık tarafından ideal yansıtıcı olduğu
kabul edilen yaya uygulanan kuvvet, F=2P/c,
eşitliğiyle hesaplanabilir. 3 mW lazer gücü için
1.
2.
3.
yaya etkiyen kuvvet 20 pN olarak hesaplanır. 5
N/m’luk yay sabitine sahip bir AKM yayı için 4
pm bir genlik oluşturur. Bu hareket, resonansta
titreştirilen ve atmosferde 200 kalite faktörüne
sahip bir yay için 8 Å’luk bir genliğe takabül
etmektedir. Vakum altında ve düşük sıcaklıklarda
elde edilen genlik 1370 Å’a kadar yükselmiştir,
Şekil 1(a). Şekil 1(b)’e 4K de alınmış manyetik
görüntüsü verilmiştir. Bu yöntem ile yay sabitini
doğrudan hesaplamak da mümkündür.
Şekil 1: (a) 4 K de değişik modülasyon genlikleriyle
alınmış resonans eğrileri, (b) 4 K de BSCCO tek
kristalinde Abrikosov girdaplarının görüntüsü
O. Marti, A. Ruf, M. Hipp, H. Bielefeldt, J. Colchero and J. Mlynek, Ultramicroscopy 42-44, 345-350 (1992).
T. Aoki, M. Hiroshima, K. Kitamura, M. Takunaga and T. Yanagida, Ultramicroscopy 70, 45 (1997).
Ö. Karcı, M. Dede, A. Oral, Rev. Sci. Instrum. 85, 103705 (2014).
4. D. W. Weld and A. Kapitulnik, Appl. Phys. Lett. 89, 164102 (2006).
S02
. Yoğu Madde Fiziği A kara Topla tısı, Ha ettepe Ü iversitesi, 6 Aralık
4
MgO Alttaş Üzerinde Büyütülen CoO/NiFe ve CoO/Fe Filmlerinde Exchange Bias Etkisi
Ramazan Topkaya, Sinan Kazan, Bekir Aktaş
Fizik Bölümü, Gebze Teknik Üniversitesi, 41400 Kocaeli, Türkiye
Spintronik elektronun yükü ile birlikte spininden
yararlanan bir bilim dalıdır [1]. Exchange bias
etkisi, spintronik alanındaki geniş teknoloji
uygulamalarından dolayı son yıllarda çok büyük
ilgi çekmektedir. Manyetik çok katmanlı
yapılarda, ferromanyetik (FM)
katman ile
antiferromanyetik (AFM) katman arasında
katmanlararası
(interlayer)
exchange
etkileşmesinin bir sonucu olarak, uygulanan
manyetik alan yönünde FM tabakanın koersiv
alanında
ortaya
çıkan
tek
doğrultulu
(unidirectional) manyetik anizotropi, exchange
bias etkisi olarak bilinmektedir.
ulaşılmasından dolayı CoO’in kristal kalitesinin
arttığı ve (100) ve (111) alttaş yönelimleri için
exchange bias alanının sırasıyla üç ve beş kat
arttığı gözlemlendi. Ölçülen en yüksek exchange
bias
değerinin,
CoO(111)
yüzeyindeki
uncompensated
spinlerden
kaynaklandığı
açıklandı.
Exchange bias etkisini açılamak için
Meiklejohn-Bean model, random field model, ve
Mauri modeli gibi birçok teori [2, 3] önerildi.
Fakat, exchange bias etkisinin kaynağını ve
mekanizmasını açıklayan, deneysel sonuçlarla
uyumlu bir model tam olarak ortaya konulamadı.
Bu çalışmada, MgO(111) ve MgO(100)
alttaşları üzerinde büyütülen NiFe/CoO ve
CoO/NiFe iki katlı filmlerin ve MgO(100) alttaş
üzerinde büyütülen CoO/Fe iki katlı filmin
manyetik ve yapısal özellikleri ferromanyetik
rezonans (FMR), titreşimli örnek manyetometre
(VSM) ve X-ışını krınımı (XRD) teknikleri
kullanılarak araştırıldı.
Kristal yönelimi ve kalitesinin, iki katlı ince
filmlerin exchange bias özelliklerini çok güçlü bir
şekilde etkilediği gözlemlendi. MgO alttaş
üzerinde, ilk olarak, Py (NiFe) katmanının yerine
CoO büyütülünce, stokiyometrik CoO fazına
1.
2.
3.
S.A. Wolf et al., Science 294, 1488 (2001).
A.P. Malozemoff, Phys. Rev. B 35, 3679 (1987).
D. Mauri et al., J. Appl. Phys. 62, 2929 (1987).
Şekil 1. CoO/Fe ince filmi için düzlem içi geometride elde
edile FMR rezo a s ala ları ı açıya ağı lılığı.
MgO(100) alttaşı üzerinde büyütülen CoO/Fe
ince filmi için, FMR ölçümleri, Fe katmanının
MgO alttaş üzerinde epitaksiyel olarak, dört katlı
kübik anizotropi ile büyüdüğünü ve örneğin zor
mıknatıslanma ekseninin MgO alttaşın [100]
kristal ekseni olduğunu ortaya çıkardı. FMR çizgi
şeklinin farklı davranışı, rezonans kavitesinin
empedans değişimi ve örnek sisteminin
iletkenliğinin kompleks bileşeni ile açıklandı.
S03
. Yoğun Madde Fiziği Ankara Toplantısı, Hacettepe Üniversitesi, 6 Aralık
4
Akıllı Cam Uygulamalarının Anodik Katmanı: Elektrokromik Nikel Oksit İnce Filmler
Gamze ATAK, Özlem DUYAR COŞKUN
Hacettepe Üniversitesi Fizik Mühendisliği Bölümü 06800, Ankara, Türkiye
Dünyanın hızla artan enerji probleminin çözümü
için, enerji üretim teknolojilerinin araştırılması
yanında,
kullanılan
enerji
kaynaklarının
kullanımında tasarruf sağlanması için yeni
teknolojilerin
üretilmesi
de
zorunludur.
Elektrokromik kaplamalar (akıllı camlar), büyük
oranda enerji tasarrufu sağlamaları, geçen ışığın
şiddetinin ayarlanabilir olması gibi özellikleri
nedeni ile günlük hayatta kullanım alanı bulmaya
başlamıştır. Elektrokromik filmler, bina dış cephe
kaplama sistemlerinde kullanılan mimari camlar,
arabaların dikiz aynaları ve tavan camları, güneş
gözlükleri ve reklam panoları gibi pek çok
kullanım alanına sahiptirler.
Elektrokromizm
temelde,
elektrokromik
malzeme üzerine uygulanan elektrik gerilimi ile
tersinir olarak malzemenin optik özelliklerinin
değişmesi mekanizmasıdır. Malzemenin rengi,
optik geçirgenliği, yansıtması ve soğurganlığı
gibi özellikler değişmektedir. Optik özelliklerinin
değişmesi görsel olarak kendini renk değişimi ile
göstermektedir.
En basit anlamda bir elektrokromik aygıt; alttaş,
şeffaf ve iletken katman, elektrokromik katman
(anodik veya katodik) ve iyon iletken bir
katmandan oluşan bir yarım hücredir.
Elektrokromik aygıtın verimini arttırmak için
aygıt iki yarım hücreden de oluşturulabilir. Bu
katmanlardan biri iyon alınca renklenen
(katodik), diğeri de iyon verince renklenen
(anodik) elektrokromik film olmalıdır. Böylece,
bir elektrokromik film iyon aldığı için
renklenirken, diğer elektrokromik film de iyon
verdiği için renklenecek ve daha şiddetli bir
renklenme elde edilecektir.
En çok kullanılan anodik oksit tabanlı filmlerin
başında Ni oksit [1-4] ve Ir oksit [5] gelmektedir.
Yüksek maliyet ve limitli kaynak nedeniyle Ir
yerine, Ni geniş alanlı uygulamalarda yaygın
olarak kullanılmaktadır.
Nikel oksit filmler akıllı cam uygulamalarının
yanı sıra elektronik bilgi ekranlarında [6], şeffaf
organik ışık yayan diyotlarda (TOLED) [7], boya
duyarlı tandem güneş pillerinde [8], lityum iyon
pillerde [9] kullanılmaktadır.
Nikel oksit ince film hazırlamak için birçok
yöntem kullanılmakta olup, filmlerin optik,
elektriksel ve elektrokromik özellikleri büyütme
yöntemine göre farklılık göstermektedir. Bu
çalışmada RF magnetron kopartma sistemi
kullanılarak, NiO hedeften nikel oksit ince filmler
büyütülmüştür. Ar çalışma basıncı, RF kopartma
gücü, alttaş sıcaklığı gibi büyütme parametrelerinin , filmlerin optik ve elektrokromik
özelllikleri üzerine etkisi incelenmiştir. En
yüksek renklenme verimine ve optik modülasyon
değerine sahip nikel oksit filmlerin büyütme
koşulları belirlenmiştir.
Bu proje TÜBİTAK tarafından desteklenmiştir (Proje No: 111T252).
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
C. M. Lampert, T. R. Omstead and P. C. Yu, Proc. Soc.Photo-Opt. Instrum. Eng. 562, 2 (1985).
J. S. E. M. Svensson and C. G. Granqvist, Appl. Phys. Lett. 49, 1566 (1986).
J. S. E. M. Svensson and C. G. Granqvist, Sol. Energy mater. 16, 19 (1987).
J. S. E. M. Svensson and C. G. Granqvist, Appl. Opt. 26, 1554 (1987).
S. Gottesfeld, J. D. E. McIntyre, G. Beni, J.L. Shay, Appl. Phys. Lett. 33, 208 (1978).
P. C. Yu, G. Nazri, C.M. Lampert, Sol. Energy. Mater. 16, 1 (1987).
B. Wei, S. Yamamoto, M. Ichikawa, C. Li, T. Fukuda, Y. Taniguchi, Semicon.Sci.Technol. 22, 788 (2007).
Nattestad, M. Ferguson, R. Kerr, Yi-B. Cheng, U, Bach, Nanotechnology. 19, 295304 (2008).
X.H. Huang, J.P. Tu, X.H. Xia, X.L. Wang, J.Y. Xiang, Electrochem. Commun. 10, 1288 (2008).
S04
. Yoğu Madde Fiziği A kara Topla tısı, Hacettepe Ü iversitesi, 6 Aralık
4
Moleküler Dinamik Benzetimi ile Yalıtkan Üzerine Germanyum Sisteminin İncelenmesi
Nadire Nayir1, Emre S. Taşcı1, Selçuk Yerci2,3, Şakir Erkoç1,2
1
Fizik Bölümü, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, 06800, Ankara
2
Mikro ve Nanoteknoloji Programı, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, 06800, Ankara
3
GÜNAM, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, 06800, Ankara
Yüksek taşıyıcı mobilitesine sahip tek
kristal yapısındaki germanyum (Ge), yüksek hızlı
mikro elektronik aygıtlarda (high speed
microelectronic device) etkili bir materyaldir.
Ancak, Ge’nin, mikroelektriğin temel malzemesi
olan silisyumun (Si) üzerine tek yönelime sahip
kristal yapıda üretilebilmesi Si ve Ge’nin kristal
yapılarındaki uyuşmazlık nedeniyle oldukça
zordur.
Sıvı faz epitaksi yöntemi ile yapılan deneysel
araştırmalar sonucunda, yalıtkan malzeme ile
silikon tabakadan ayrılmış ince pota bölgelerinde,
amorf yapıdaki Ge’den yüksek kalitede tek bir
yönelime sahip düzgün kristal yapıda Ge
üretilebiliyorken, pota genişliği 5 µm’den fazla
olduğu durumlarda elde edilemediği, Ge
atomlarının
küçük
kümeler
oluşturduğu
gözlemlenmiştir [1]. Bu da Ge atomlarının pota
genişliğinden
kaynaklanan
topaklanma
problemini ortaya çıkarmıştır.
Bu araştırmada, moleküler dinamik (MD)
benzetim metodu ile yalıtkan üzerine Ge sistemi
(Şekil 1) içerisindeki Ge atomlarının pota
geometrisinden
kaynaklanan
topaklanma
problemi detaylı bir şekilde incelenmektedir.
Yalıtkan
Pota Bölgesi
Tohum
Bölgesi
Şekil 1. Yalıtka üzeri e Ge siste i i içte görü ü ü.
Topaklanma probleminin nedeni olarak; pota ve
tohum bölgelerinin genişliği, şekli, kaplama için
kullanılan malzeme, Si alt taşının sahip olduğu
1.
kristal yönelim faktörleri dikkate alınmaktadır.
Dolayısıyla bu araştırma kapsamında çekirdek ve
pota bölgeleri için farklı sistemler tasarlanarak
benzetimler gerçekleştirilmektedir, böylece
yalıtkan üzerine Ge sistemi için en uygun
geometrinin elde edilmesi hedeflenmektedir.
Ayrıca farklı yalıtkan malzemelerinin (SiO2,
Si3N4,
HfO2,
La2O3,
vb.)
denenmesi
planlanmaktadır.
Mevcut çalışmada yalıtkan malzeme
olarak SiO2 seçilmiştir (Şekil 1). MD ile yalıtkan
üzerine Ge sistemi çalışılabilmesi için, amorfSiO2 ve amorf-Ge yığın yapılarına gerek
duyulmaktadır. Si ve Ge’nin kristal yığın
yapılarından “eritip-birden soğutma (meltquenching)” metodu ile amorf yapıda SiO2 ve Ge
elde edilmiştir. Amorf yapılar kullanılarak
hazırlanan yalıtkan üzerine Ge sistemi, bütün SiO-Ge etkileşimlerini içerebilecek uygun Tersoff
potansiyelinin ayarlanabilmesi için, farklı
potansiyel değişkenleri altında çalışılmış ve
sonrasında Tersoff potansiyelinin optimize
edilmiş hali kullanılarak, sistem farklı pota ve
tohum genişliklerinde incelenmiştir. Böylece Si
alttaşı üzerinde tek kristal yönelime sahip Ge’nin
üretilebildiği tohum ve pota genişlikleri tespit
edilmiştir.
İlerleyen araştırmalarda ise, diğer
yalıtkan malzemeler için de, kuvvet alanı
parametrelerini değiştirerek ya da kuvvet alanının
kendisini
(Tersoff)
uygulayarak
sistem
benzetimlerinin yapılması planlanmaktadır. Zira
mevcut Tersoff potansiyeli, La-O, Hf-O gibi bazı
sistemlerin
etkileşim
parametrelerini
içermemektedir. Bu çalışma sonucunda, üretim
için uygun pota ve çekirdek genişliklerinin ve
topaklanmayı
azaltacak
uygun
yalıtkan
malzemelerinin belirlenmesi planlanmaktadır.
T. Hashimoto, C. Yoshimoto, T. Hosoi, T. Shimura, and H. Watanabe Appl. Phys. Express 2, 066502 (2009).