Sunum Özetleri - Phys : Home Page

18. Yoğun Madde Fiziği – Ankara Toplantısı, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, 25 Kasım 2011
Ç01
Yüksek-sıcaklık süperiletkenlerinde ve Hubbard modelinde
d(x2–y2) simetrili süperiletkenlik
Nejat Bulut
İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü, Urla, 35430 İzmir
1987 yılındaki keşiflerinden buyana yüksek-sıcaklık süperiletkenlerinin elektronik yapısını
inceleyen birçok deneysel çalışma yapılmıştır. Bu deneyler göstermiştir ki yüksek-sıcaklık
süperiletkenlerinde Cooper çiftlerinin dalgafonksiyonu d(x2–y2) simetrisine sahiptir. Bu sonuç
ise yüksek-sıcaklık süperiletkenliğinin mekanizmasını anlamak için önemli ipuçları verir,
çünkü d(x2–y2) simetrili süperiletkenliğe sebep olabilecek sadece birkaç çeşit mikroskopik
mekanizma bulunmaktadır. Bunların arasında en olası olanı ise fermiyonlar arasında spin
dalgalanmalarının değiş–tokuşundan kaynaklanır. Günümüzde yüksek-sıcaklık superiletkenliğini anlamak için gerekli olan en yalın mikroskopik modelin iki-boyutlu Hubbard
modeli olduğu varsayılmaktadır. Maalesef, bu modelin yakınlaştırma yapmaksızın tam
çözümüne ulaşmak henüz mümkün değil. Fakat iki tane Hubbard zincirinin birleştirilmesiyle
oluşan Hubbard merdiveni için sayısal yoğunluk-matrisi renormalizasyon grubu ve kuantum
Monte Carlo yöntemlerini kullanarak tam çözüme ulaşmak mümkün. Uygun model
parametreleri seçildiği zaman Hubbard merdivenin de fermiyonlar arasında kuvvetli d(x2–y2)
simetrili süperiletkenlik bağlantıları gözlenmiştir. Burada çok-tanecik fiziğinin sayısal
yöntemlerini kullanarak Hubbard merdivenindeki d(x2–y2) simetrili süperiletkenlik hakkında
neler öğrendiğimizi ve bunların bakır-oksit tabanlı materyallerde gözlenen yüksek-sıcaklık
süperiletkenliği için ne anlama geldiğini konuşacağım. Özellikle d(x2–y2) simetrili
süperiletkenliğin gücünün nasıl belirlendiğini inceleyeceğiz. Göreceğimiz sayısal sonuçlar
d(x2–y2) simetrili süperiletkenliğin oluşumunda spin dalgalanmalarının önemini
vurgulamaktadır.
1
18. Yoğun Madde Fiziği – Ankara Toplantısı, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, 25 Kasım 2011
Ç02
Grafen: Karbon tülünün sihiri
İsmet İ. Kaya
Sabancı Üniversitesi, Mühendislik ve Doğa Bilimleri Fakültesi, İstanbul
Grafen üzerine yapılan bilimsel ve teknolojik araştırmalar son yıllarda hızla artmaktadır.
Temel ve uygulamalı yoğun madde fiziğinin gözbebeği haline gelen bu malzemeye bu denli
ilgi duyulmasının en önemli nedeni ise gelecekte önemli uygulama alanları bulabileceğine
dair yaygın bir kanaat oluşmasıdır. Bu yılki Nobel ödülü de bu malzeme üzerinde elde
ettikleri ilginç deneysel sonuçlarla 2004 yılında grafen çığırını başlatan Geim ve Novoselov‟a
verilmiştir. Bu konuşmamda grafenin sıradışı özellikleri ve bu özelliklerin ne tür potansiyel
uygulamalarda işe yarayabileceğinden bahsedeceğim. Grafenin uygulama alanı bulabilmesi
için ucuz, çok miktarda ve üstün nitelikli üretebileceği tekniklerin geliştirilmesi
gerekmektedir. Grafitten ayrıştırmayla, epitaksiyel olarak ve kimyasal buhar çöktürmesiyle
grafen üretim tekniklerindeki gelişmeleri ve ve bu alanlarda yapmakta olduğumuz
araştırmaları özetleyeceğim. Konuşmanın son kısmında grafende kuantum Hall etkisi,
uygulamaları ve bu etkinin yüksek akımlarda çökmesi konusunda aldığımız verileri
anlatacağım.
2
18. Yoğun Madde Fiziği – Ankara Toplantısı, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, 25 Kasım 2011
Ç03
Yüksek çözünürlüklü mikroskopi ve spektroskopi yöntemlerinin
biyolojik örnek analizinde uygulamaları
Alpan Bek
Orta Doğu Teknik Üniversitesi - Fizik Bölümü, 06800 Ankara
Son 15 – 20 yıldır bilimcilerin yüksek çözünürlüklü veri toplamadaki yeterlikleri teknik gelişime
paralel olarak büyük ölçüde artış göstermiştir. 20. yüzyılın sonlarında atom-altı konumsal ve
attosaniye zamansal çözünürlük hayatımıza girmiş bulunuyor. Fizikte ve kimyada olduğu gibi
günümüzde biyolojide de, belki daha fizik ve kimyadan da büyük ölçüde, önceleri mümkün olmayan
detayda gittikçe küçülen ölçütlerde veri toplama yeteneğinden faydalanılmaktadır.
Örneğin katlanmış bir proteinin üstyapısından bu proteinin
fibril çökeltilerinin (Şekil 1) üstyapısına uzanan bilgi birikimi
bilimcilerin moleküler yapı düzeyinden başlayarak hücre
düzeyine kadar uzanan akıllı ilaç dağıtım tasarımları
yapmalarına yardım etmektedir [1].
Hücrelerin mikroskopik düzeyde moleküler ve fonksiyonel
haritalarının çıkarılması [2] artık günümüzde bilim kurgu
değil bir laboratuvar rutini haline gelmektedir (Şekil 2).
Şekil 1: Prion protein oligomer ve
fibrillerinin atomik kuvvet
mikroskopu görüntüleri
Bu konuşmada biyolojik sistemlerin yüksek
çözünürlükte mikroskopik ve spektroskopik
görüntülenmelerinden birkaç örnek sunulacaktır
ve büyük hacimli deneylere yüksek çözünürlüklü, küçük hacimli verinin nasıl tamamlayıcı
destek oluşturduğu gösterilecektir.
Şekil 2: Nöronların çeşitli bantlarda
mikroskopik kızılötesi emilim haritaları
Kaynakça
1. M. Polano, A. Bek, F. Benetti, M. Lazzarino, G. Legname, “Structural Insights Into Alternate Aggregated
Prion Protein Forms”, Journal of Molecular Biology 393, 1033–1042 (2009).
2. A. Didonna, L. Vaccari, A. Bek, G. Legname, "Infrared Microspectroscopy: a multiple-screening platform
for investigating single-cell biochemical perturbations upon prion infection", ACS Chemical Neuroscience,
2 (3), 160–174 (2011).
3
18. Yoğun Madde Fiziği – Ankara Toplantısı, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, 25 Kasım 2011
Ç04
Kuantum nokta ve kuantum sınırlı safsızlık atomlarının terahertz uygulamaları
Bülent Aslan
Anadolu Üniversitesi Fizik Bölümü, Yunusemre Kampüsü, 26470 Eskişehir
Terahertz (THz) frekans bölgesi, son yıllarda hızla artan sayıdaki çalışmalara rağmen
elektromanyetik tayfın en az gelişmiş bölgesidir. Sahip olduğu büyük potansiyelin
kullanılabilmesi için, THz bölgede çalışan ışık kaynaklarına ve algılayıcılarına ihtiyaç vardır.
Bu amaç doğrultusunda yürütülen çalışmalarda, kuantum kuyu ve kuantum nokta yarıiletken
nano-yapılar önemli yer tutmaktadır. Bunun sebebi, temel olarak yarıiletken nano-yapıların
özelliklerinin, katman yapılarının, katkı türü ve miktarlarının farklı şekillerde tasarlanarak
istenilen bölge için ayarlanabilmesidir. Kuantum kuyu yapılarının büyütülmesindeki tecrübe
ve rahatlık, kuantum noktaların atom benzeri enerji seviyelerinin sağladığı avantajlarla
birleştirilebilir. Bu amaçla, kuantum kuyu içine katkılanmış az miktardaki safsızlık
atomlarının bağlanma enerjileri THz uygulamalarda kullanılabilir. Kuantum kuyu içindeki bu
bağlanma enerjilerinin birkaç meV mertebesinden 80–90 meV mertebesine kadar
değiştirilebilmesiyle dipol izinli (1s – 2p) geçişlerini aktif mekanizma olarak kullanan aygıtlar
üretilebilir.
Bu konuşma, THz üretimi–algılaması için kuantum nokta içeren yeni yapılara ve benzeri
yaklaşımlara odaklanacaktır. Eşik akım yoğunluğunun düşük olması, yüksek sıcaklıkta
çalışabilirliği, yüksek diferansiyel kazanç mekanizması ve dalgaboyu ayarlanabilirliği gibi
potansiyel avantajlarının olması, kuantum nokta yapıları THz bölge uygulamalarında
kullanılmak üzere umut veren bir aday yapmaktadır. GaAs içinde kendiliğinden oluşan InAs
kuantum nokta yapılar üzerinden tınlaşım tünelleme olayının gözlenmesi, kuantum
noktayapıların THz uygulamalarda kullanılmasının ilk adımı olarak tartışılacaktır. InAs/GaAs
kuantum noktaların enerji seviyelerin, büyütme sonrası gerçekleştirilen ısıl işlem sonucunda
ayarlanabileceği bir dedektör yapısında gösterilmiştir.
Benzer şekilde, çift engelli bir kuantum kuyu tınlaşım tünelleme diyot yapısı, THz
bölgedeışıma yapan yayıcılar için ön aşama olarak sunulacaktır. Bu yapıda, safsızlık atomları
üzerinden tünelleme akımının gözlenmesi sonraki aşamalar için kritik önem
taşımaktadır.Verici destekli tünelleme işleminde, dışarıdan uygulanan voltajın etkisiyle
kuantum kuyu içindeki 2p-benzeri verici seviyesine geçen elektronlar, 1s-benzeri taban
durumuna geçiş yaparak foton yayarlar. THz bölgedeki fotonların algılanması çalışmalarında
ise (1s→ 2p) geçişlerini kullanan yanal taşıyıcı iletimine dayalı çoklu kuantum kuyu yapılar
kullanılır. Son olarak, verici katkı atomlarıyla katkılanmış GaAs/AlGaAs kuantum kuyuların
THz bölgedeki lineer olmayan (nonlinear) optik özelliklerinin incelendiği hesaplamalar
tartışılacaktır. Yapılan hesaplamalar, kuyu genişliği ve/veya Al konsantrasyonu arttıkça lineer
olmayan optik alınganlığın azaldığını göstermektedir. Benzer şekilde, kuyu içindeki katkı
merkezinin pozisyonu kuyu kenarlarına kaydırıldıkça lineer olmayan optik alınganlık
azalmaktadır. Ek olarak, büyütme doğrultusunda uygulanan manyetik alanın 2p±
enerjilerindeki çakışıklılığı kaldırdığı ve böylece büyük ve ayarlanabilir lineer olmayan değer
katsayısı (nonlinear figure of merit) elde edilebileceği gösterilmiştir.
4
18. Yoğun Madde Fiziği – Ankara Toplantısı, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, 25 Kasım 2011
S01
Kuantum Hall tabanlı Aharonov–Bohm spektroskopisi: Kuram ve deney
A. Sıddıki
İstanbul Üniversitesi, Fen Fakültesi, Fizik Bölümü, Vezneciler, 34134 İstanbul
Aharonov–Bohm spektroskopisi sanki-parçacıkların kuantum istatiksel özelliklerinin
tamsayılı ve kesirli kuantize Hall rejimlerinde incelenmesinde önemli bir araçtır. Konuyla
ilgili araştırmalar özellikle Abelyen olmayan (non-Abelian) durumların topolojik
kuantumbilgi işlenmesine yol açacağı öngörüsü üzerinde yoğunlaşmaktadır.Ancak,
etkileşimlerin bu kuantum durumlarını kuantize Hall şartları altında nasıl etkilediği hal-i
hazırda araştırılmaktadır. Bu konuşmada faz bağımlı manyeto-transport deneyleri ile birlikte
elektron–elektron etkileşimlerini de hesaba katan öz-uyumlu çözüm yöntemleri kısaca
anlatılacaktır. Odak nokta, doğrusal olmayan fakat eş evreli (coherent) olan kenar durum
taşınımı olacaktır. Bu rejim mevcut araştırma etkinliklerinin epeyce ötesindedir. Deneyler,
GaAs heteroyapıda oluşturulan iki boyutlu elektron gölcüğünde (noktasında) tanımlı
Aharonov–Bohm interferometrelerinde gerçekleştirilmektedir. Bu aygıt aynı zamanda
kuantum anahtarı olarak da kullanılabilecektir. Kuantum Hall kenar durumları faz eş evresini
(phase coherent) korumaktadır ve interferometrenin kolları olarak düşünülmektedir. Elektron
gölcüğünün geometrisi ve kenar durumların doğası yüzey kapılarına uygulanan gerilim ile
kontrol edilebilmektedir. Bu alan etkili teknik, tuzaklama potansiyelinin dikliğini kontrol
etmemize olanak sağlamakta ve bu sayede her bir interferometre kolununa simetrik olarak
tanımlanmasına imkan vermektedir. Bu deneyleri yapmak için, yüksek manyetik alanlar (B >
5 Tesla) ve düşük sıcaklıklar (T < 1.4 K) gerekmektedir. Süperiletken magnet (B ~ 20 Tesla)
ve soğutucu sistem (T ~ 10 mK), İstanbul Üniversitesi Fizik bölümünde birkaç ay içerisinde
hizmete girecektir ve bu konuşmada ilgililerin dikkatine sunulacaktır.
5
18. Yoğun Madde Fiziği – Ankara Toplantısı, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, 25 Kasım 2011
S02
Plazma nitrürlenmiş 316L paslanmaz çeliği ve CoCrMo alaşımı üzerinde
manyetik tabaka oluşumu
O. Öztürk1, S. Okur1, J. P. Riviere2, M. O. Liedke3
1
Department of Physics, Izmir Institute of Technology, Urla 35430, Izmir, Turkey
Institute PPRIME UPR3346 CNRS, ENSMA, Universite de Poitiers, ChasseneuilFuturoscope Cedex, France
3
Institute of Ion Beam Physics and Materials Research, Forschungszentrum, DresdenRossendorf, P.O. Box 510119, D-01314 Dresden, Germany
2
Östenit paslanmaz çelik (304, 310, 316) ve CoCrMo alaşım yüzeylerine 400 ºC alttaş sıcaklık
civarında çeşitli iyon ışınımı metodlarıyla azotun girmesi sonucunda, bu alaşım yüzeylerinde
yüksek azot içeren yarıkararlı bir faz, γN, oluşmaktadır. γN fazı, katı solusyon fazı veya
genişletilmiş östenit fazı olarakta bilinmektedir. Bu fazı içeren tabakaların ortak özellikleri
yüksek sertliğe ve aşınma dayanımına ve iyileştirilmiş korozyon dayanımına sahip
olmalarıdır. Bu fazın az bilinen diğer bir özelliği ise magnetic yapısı ile ilgilidir. Azot
miktarına ve kafes genişlemesine bağlı olarak, bu faz hem ferromanyatik hem de
paramanyatik özelliklere sahiptir (östenit paslanmaz çelik ve CoCrMo alaşım alttaş
malzemeleri fcc kristal yapıda olup, oda sıcaklığında paramanyetik özelliktedir). Bu sunumun
amacı bir FeCrNi alaşımı olan 316L paslanmaz çeliğinde ve CoCrMo alaşımında oluşan
genişletilmiş östenit fazının manyetik özelliklerini incelemek olacaktır. Bu fazın her iki
alaşımda oluşumu, 400 ºC alttaş sıcaklığı civarında ve gaz karışımı 60% N2 – 40% H2 olan
düşük-basınç RF plazma nitrürleme metoduyla gerçekleştirilmiştir. γN fazını içeren
tabakaların manyetik karakteri, yüzey-duyarlı bir teknik olan manyeto-optik Kerr etkisi
(MOKE) cihazı ve bir taramalı uç mikroskobunun manyetik kuvvet modunda (MFM)
kullanılmasıyla analiz edildi. Bu analizler sonucu gözlemlenen şerit şeklindeki domain
yapıları ve histeri eğrileri, bu genişletilmiş fazların, γN-(Fe,Cr,Ni) ve γN-(Co,Cr,Mo),
ferromanyetik doğaya sahip olduklarının güçlü birer kanıtı olarak gösterilebilir. Burada
gözlemlenen ferromagnetic yapı ana olarak büyük kafes genişlemelerine (~10%) ve yüksek
azot miktarlarına (~30 at.%) bağlanabilir. Azot atomları paslanmaz çelik ve CoCrMo
alaşımlarında fcc örgüsünde octahedral boşluklara girerek, bu malzemelerin kafeslerinin
genişlemesine neden olmakta ve bu da fcc örgüsünde Co–Co (veya Fe–Fe) mesafelerini
artırmakta ve bu değişim manyetik etkileşimleri güçlü bir şekilde etkilemektedir. Östenit
paslanmaz çelik ve CoCrMo alaşımlarında oluşan bu genişletilmiş fazların, γN-(Fe,Cr,Ni) and
γN-(Co,Cr,Mo) ferromanyetik özellikleri, fcc kristal yapılarına sahip demir/demir nitrür (fcc γFe/fccFe4N) ve kobolt/kobolt nitrür (fcc γ-Co/fccCo4N) yapılarının, manyetik özelliklerinin
hacme bağlı olmasıyla ilişiklendirilmektedir.
6
18. Yoğun Madde Fiziği – Ankara Toplantısı, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, 25 Kasım 2011
S03
Epitaksiyel Ni–Mn–Sn ultra ince filmlerin yapısal, elektriksel, ve manyetik
özelliklerinin incelenmesi
E. Yüzüak1, I. Dinçer1, Y. Elerman1, A. Auge2, M. Meinert2, ve A. Hütten2
1
2
Ankara Üniversitesi, Mühendislik Fak., Fizik Müh. Beşevler, 06100 Ankara
Bielefeld Üniversitesi, Thin Films and Physics of Nanostructures, Fizik Bölümü,
Bielefeld, Almanya
Heusler alaşımları, çok zengin yapısal, elektriksel ve manyetik davranışlar göstermektedirler. Bu
özelliklerinde en önemlisi, bu tip alaşımlar yarı-metalik davranış göstermeleridir. Özelikle günümüzün
ileri teknoloji ürünü olan spin elektroniği (spintronik) uygulamaları açısından ideal malzemeler
olmaktadırlar ve son zamanlarda birçok bilim adamı tarafından incelenilmektedirler. Spin elektroniği,
Spintronik, manyetizma ve elektroniğin en yeni ve hızlı bir şekilde gelişen dalıdır [1]. Spintronik,
özellikle katıhal fiziği ile ilgili çalışan bilim adamları için yeni bir araştırma sahası olup, birçok
disiplinden ilgi çeken bir çalışma alanıdır. Şu anda kullanılan elektronik cihazlar, elektronun yükünün
serbestlik derecesine göre çalışmakta ve elektronun spinin serbestlik derecesini yok saymaktadır.
Spintronik ise elektronun spininide elektronik cihazlara eklemektedir. Böylece, elektronun spininin
serbestlik derecesinin geleneksel elektronik cihazlara eklenmesi, bu cihazların veri işleme hızını
artmasına, elektriksel güç kullanımını azaltmasına ve sürekli bellek kullanabilmesine olanak
sağlayacaktır [2].
Ni50Mn35Sn15 Heusler alaşımının yapısal faz geçişinin ferromanyetik bölgede olması ve manyetik
alana bağlı olarak çok büyük zor (strain) gösterdiği için bu alaşımların ince filmleri üretilmiştir [3]. Bu
kapsamda, Ni (99.998), Mn (99.99), Sn (99.9999) saf elementlerden yapılmış hedefler kullanılarak
0.60.6 cm2 büyüklüğünde MgO(100) tek kristal alt taş üzerine Ni50Mn35Sn15 alaşımlarının ince
filmleri, manyetik alanda sıçratma sistemi kullanılarak elde edilmiştir. Manyetik alanda sıçratma
sisteminin temel basıncı, 210–9 mbar ve sıçratma işlemi azot gaz basıncı ise, 210–3 mbar‟dır. Elde
edilen manyetik ince filmlerin yapısal, kalınlık ve kompozisyon karakterizasyonu, XRD, XRR ve XRF
teknikleriyle gerçekleştirildi. Elde edilen manyetik ince filmlerin elektriksel özellikleri, Bielefeld
Üniversitesindeki ev yapımı direnç ölçüm sisteminde incelendi. İnce filmlerin manyetik özellikleri,
manyetik alan altında ısıtma (FH) ve manyetik alan altında soğutma (FC) kiplerinde, 10–330 K
sıcaklık aralığında, 150 Oe‟lık manyetik alan altında SQUID ile belirlendi [3].
Ölçümler sonucunda, manyetik alanda sıçratma sistemiyle 10 nm, 20 nm, 35 nm, 50 nm ve 100 nm
kalınlığında, Ni51.6Mn34.9Sn13.5 kompozisyonunda ultra ince filmler MgO (100) tek kristal alttaş üzerine
epitaksiyel üretilmiştir. Oda sıcaklığı yakınlarında yapılan XRD ölçümleri ile 10 nm ve 20 nm
kalınlığındaki ince filmlerin daha yüksek oranda Austenit (L21) fazda olduğu bulunurken, 35 nm, 50
nm ve 100 nm kalınlığındaki ince filmlerin daha yüksek oranda Martensitik (7O) fazda olduğu
bulunmuştur. Manyetik ve elektriksel ölçümler sonucunda, manyetik ince filmlerin kalınlığı artıkça,
yapısal faz geçişini düşük sıcaklıktan yüksek sıcaklığa doğru değiştiği gözlemlenmiştir. Ayrıca 10 ve
20 nm kalınlığında üretilen ince filmlerde dünyada ilk defa yapısal faz geçişi ve buna bağlı olarak ta
şekil hafıza etkisi gözlemlenmiştir [3].
Teşekkür: Bu çalışma, Tübitak (Proje Numarası: 109T582) tarafından desteklenmektedir.
Referanslar:
[1] I. Zutic et al., Rev. Mod. Phys. 76, 323(2004).
[2] B. Balke et al., Phys. Rev. B 74, 104405 (2006).
[3] A.Auge et al.,Phys. Rev. Lett.‟egönderildi.
7
18. Yoğun Madde Fiziği – Ankara Toplantısı, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, 25 Kasım 2011
S04
Nanogözenekli TiO2 seramik su filtrelerinin hazırlanması
M. Burak Kaynar1, İsmat Shah2, Şadan Özcan1, Tezer Fırat1
1
SNTG Lab. Fizik Mühendisliği Bölümü Hacettepe Üniversitesi Beytepe Ankara, Türkiye
2
Materials Science and Engineering University of Delaware Newark, DE
Bu çalışmada kendi kendini temizleyebilen ve bakteri boyutuna kadar organik ve inorganik
kontaminantların sudan filtrelenmesinde kullanılacak ucuz ve güvenli filtreler hazırlanması
amaçlanmıştır. Amaç doğrultusunda 50 nm ortalama gözenek büyüklüğüne sahip TiO2 su
filtreleri ticari TiO2 nanoparcacıklar (Degussa TiO2 P25) ve polyvinylpyrrolidone (PVP 10)
kullanılarak yakma–sinterleme yöntemiyle çözücü kullanmaksızın hazırlandı. Hazırlanan
filtrelerin yapısal analizi x-ışını toz difraksiyonu (XRD) ve taramalı elektron mikroskopu
(TEM) kullanılarak yapıldı. Filtrelerin %79 rutil %21 anataz fazından oluştuğu ve ortalama
gözenek büyüklüğünün 50 nm olduğu belirlendi. Filtreler su-demiroksit nanoparcacık (30 nm)
karışımı kullanılarak testedildi. Hazırlanan 50 nm ortalama gözenek büyüklüklü filtrelerin 30
nm ortalama tanecik büyüklüğüne sahip nanoparçacıları dahi %90 filtrelediği x-ışını
fotoelektron spektroskopisi kullanılarak belirlendi.
8
18. Yoğun Madde Fiziği – Ankara Toplantısı, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, 25 Kasım 2011
S05
TiO2(110) yüzeyinde güneş pili uygulamaları için oluşturulmuş kusur
durumlarının analizi
V. Çelik1, H. Ünal1, E. Mete1, ve Ş. Ellialtıoğlu2
1
2
Fizik Bölümü, Balıkesir Üniversitesi, 10145 Balıkesir
Fizik Bölümü, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, 06800 Ankara
Güneş enerjisinin doğrudan kullanımı, elektron–deşik çifti üretmek için soğurulan fotonların
kullanıldığı fotovoltaikler ve boya duygunlaştırıcılı güneş hücreleri (DSSC) sayesinde
mümkün olmaktadır. Kristal yüzey ve nanotüp, nanotel gibi formlarıyla titanyum dioksit
(TiO2), DSSC uygulamalarında kullanılmak üzere tercih edilen yarıiletkendir. Saf TiO2‟in
soğurma frekansı (rutile fazı için ~414 nm ve anataz fazı için ~387 nm) güneş tayfının
morötesi bölgesindedir. Çeşitli katyonik veya anyonik safsızlıklarla TiO2‟nin elektronik band
aralığı değiştirlebilmekte ve fotokatalitik aktivitesi güçlendirilebilmektedir. Yüzey
safsızlıklarının incelenmesinde platin kümeleri önemli bir prototiptir. Ptn (n=1–4) kümelerinin
adsorpsiyon profilleri ve elektronik yapıları sistematik olarak stokiyometrik, indirgenmiş ve
rekonstruktif rutil (110) yüzeylerinde, Hubbard U tipi mahallinde (on-site) Coulomb
etkileşimi ile düzeltilmiş hibrid yoğunluk fonksiyoneli kuramı (DFT) çerçevesinde hesaplandı
[Phys. Rev. B 82, 205113 (2010)]. Özellikle indirgenmiş yüzeylerde standart DFT, Ti 3d
elektronlarına ait kuvvetli korelasyon enerjisinin yerel yoğunluk yaklaşımdan (LDA) dolayı
olması gerekenden küçük tahmin etmektedir. Deneyler, bu gibi, stokiyometrik olmayan rutil
(110) yüzeylerine ait iletim bandının ~0.9 eV altında yer alan kusur durumlarının varlığını
ortaya koymaktadır. Bu kusur durumlarının, Ti 3d elektronları arasına ampirik olarak eklenen
Hubbard U tipi mahallinde (on-site) Coulomb itmesiyle deneysel gözlemlerle paralel biçimde
türetilebileceği gösterildi. Platin kümeleri için rekonstruktif yüzey çalışmasında deneysel ve
teorik olarak en çok kabul gören Onishi ve Iwasawa [Surf. Sci. Lett. 313, 783 (1994)] modeli
kullanıldı. Son zamanlarda deneysel olarak desteklenen Park [Phys. Rev. B 75, 245415
(2007)] modeli termodinamik stabilite bakımından Onishi modeliyle, DFT+U çerçevesinde
karşılaştırıldı [Phys. Rev. B 84, 115407 (2011)]. Onishi–Iwasawa modelinin yüzey enerjisinin
daha düşük olduğu gösterildi. Standart DFT rekonstrüktif yüzeydeki oksijen eksikliğinden
kaynaklanan fazla yükün oksijen boşluğu etrafında toplandığını öngörmektedir. Oysa
deneysel sonuçlar bu fazla yükün yüzey altı Ti katyonu etrafında yoğunlaştığını rapor etmekte
ve bu veri, DFT+U hesaplarımızla örtüşmektedir.
Teşekkür: Bu çalışma TÜBİTAK tarafindan desteklenmektedir (110T394).
9
18. Yoğun Madde Fiziği – Ankara Toplantısı, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, 25 Kasım 2011
S06
Oda sıcaklığında AgTaO3 kristalinin elektronik ve dinamik özelliklerinin
incelenmesi: Ab initio hesabı
Şevket Şimşek ve Süleyman Çabuk
Çukurova Üniversitesi, Fen Edebiyat Fakültesi, Fizik Bölümü, 01330 Balcalı-ADANA
Ferroelektrik kristallerin önemli bir sınıfı ABO3 genel formunda olan perovskitlerdir. AgTaO3
kristali perovskite kristal yapısına sahip olup, oda sıcaklıklığında rombohedral fazdadır.
Sıcaklığın azalmasıyla, yapıdaki simetri bozularak sırasıyla,
663K
692K
777K
Rombohedral 
 Monoklinik 
Tetragonal 
 Kübik
faz geçişlerine uğrar. AgTaO3, perovskite bileşikler içinde en az araştırılan malzemedir. Bu
çalışmadaki amaç, yerel yoğunluk yaklaşımı (LDA) altında yoğunluk fonksiyon teorisi (DFT)
ve ab-initio pseudo-potansiyel yöntemini kullanarak rombohedral fazdaki AgTaO3 kristalinin
elektronik ve dinamik özelliklerinin araştırılmasıdır. İlk önce, AgTaO3 kristalinin Brillouin
bölgesindeki yüksek simetri yönlerindeki band yapısı incelendi. Rombohedral fazdaki
AgTaO3 kristalinin dolaylı band aralığına sahip olduğu görüldü ve X–  simetri noktasındaki
değeri 1.949 eV olarak hesaplandı. Fermi seviyesi yakınlarında valans band spektrumunu
daha iyi anlayabilmek için AgTaO3 kristalinin toplam ve parçalı durum yoğunluğu (DOS)
hesaplandı. Ayrıca rombohedral fazdaki AgTaO3 kristalinin elastik sabitleri, Born efektif
yükleri ve optik dielektrik sabiti hesaplandı.
10
18. Yoğun Madde Fiziği – Ankara Toplantısı, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, 25 Kasım 2011
S07
Nanotellerle kaplanmış endüstriyel boyutlarda kristal silisyum güneş gözeleri
M. Kulakci1, 2, F. Es1, B. Ozdemir1, 3, H. E. Unalan1,3, ve R. Turan1,2
1
Güneş Enerjisi Araştırma ve Uygulama Merkezi (GÜNAM), Orta Doğu Teknik Üniversitesi,
06800 Ankara
2
Fizik Bölümü, Orta Doğu Teknik Üniversitesi , 06800 Ankara
3
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, 06800 Ankara
Son yıllarda opto-elektronik ve elektronik yeni nesil aygıt uygulamaları için, yarıiletken
nanotel araştırmaları oldukça ilgi çekmektedir. Günümüz elektronik ve fotovoltaik
endüstrisinin temel malzemesi olmasından dolayı silisyum nanoteller diğer yarıiletken
nanotellere gore ayrı bir ilgi alanına sahiptir. Silisyum nanoteller ya kristal silisyum tabanlı
güneş gözeleri için verimli ışık tuzaklayan yüzey kaplaması olarak aktif ve pasif olarak, ya da
diğer organic ve inorganic yarı iletken malzemelerle heteroeklem yapısında aktif malzeme
olarak kullanılabilmektedir. Nanotel tabanlı radyal ya da aksiyal yapıda p–n eklemlerinin
güneş gözesi olarak kullanılabileceği yakın zamanlarda öne sürülmüştür. Silisyum
nanotellerin güvenilir ve verimli olarak fotovoltaik uygulamalarda kullanılabilmesi için
geometrisi ve katkılanabilirliğinin tekrarlanabilmesi büyük önem arzetmektedir. Ayrıca
endüstriyel boyutta uygulamalar için, nanotel üretiminin büyük ölçekli alanlarda
yapılabilmesi çok önemlidir. Böyle bir uygulama endüstride var olan üretim hatlarına
uygunluk gerektirmesi yanında, nanotellerin üretimi için gerekecek ekstra maliyet, nanotelin
sağlayacağı verimlilik artışıyla fazlasıyla karşılanabilmelidir. Üretildiği taban yongayla aynı
fiziksel özelliklere sahip olmasından dolayı elektrotsuz kazıma yöntemi, diğer silisyum
nanotel üretim yöntemlerine gore çok büyük avantajlar içermektedir. Bu yöntemle üretilen
nanotel kaplanmış yüzey alanı sadece elde var olan alttaş alnıyla limitlidir.
Bu çalışmada, elektrotsuz kazıma yöntemiyle endüstriyel çoklu- ve tek-kristal silisyum
yongalar (15.615.6 cm2) üzerinde, GÜNAM labaratuvarında silisyum nanoteller üretilmiştir.
Oda sıcaklığında farklı uzunlukta nanotellerle kaplanmış silisyum yongalardan büyük ölçekli,
endüstriyel üretim hattında güneş gözeleri üretilmiş ve test edilmiştir. Üretilen güneş gözeleri,
şu anda bilindiği kadarıyla nanotel tabanlı olan dünyada üretilen en büyük güneş gözeleridir.
Reflektivite ölçümleri göstermiştir ki nanoteller oldukça verimli bir şekilde anti-reflektif
yüzeyler oluşturmaktadır. Bu ışık hapsetme kabiliyetlerinin nanotel uzunluğuna bağlılığı
gösterilmiştir ve de endüstriyel uygulamalar için iyi bir anti-reflektör olabileceği anlaşılmıştır.
Henüz optimizasyonu yapılmamasına rağmen, nanotel kaplı güneş gözelerinin, belirli nanotel
uzunluklarında standart endüstriyel gözelerle hemen hemen aynı verimliliğe sahip olduğu
gözlenmiştir. Standart ve nanotelli gözeler standart gözelere uygun şekilde yapıldığı için,
üretim parametrelerinin bazıları nanotelli gözeler aleyhine olduğu gözlenmiştir. Bu sorunların
giderilmesinden sonar, nanotelle kaplı gözelerden daha yüksek verim alınabileceği
görülmüştür.
11
18. Yoğun Madde Fiziği – Ankara Toplantısı, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, 25 Kasım 2011
S08
Dinamik metamanyetik durulmanın kritik ve üçlükritik noktalar yakınındaki
frekans bağlılığı
Gül Gülpınar, Mehmet Ağartıoğlu, Yenal Karaaslan, ve Erol Vatansever
Fizik Bölümü, Dokuz Eylül Üniversitesi, 35180 İzmir
Yüksek alan ve düşük sıcaklık değerleri için birinci dereceden, düşük alan ve yüksek sıcaklık
değerleri için ise ikinci dereceden geçişler sergileyen spin-½ metamanyetik Ising modeli üçlü
kritik nokta ile karakterize bir faz diyagramına sahiptir. Bu çalışmada spin-½ Ising
metamıknatısına ait karmaşık veya dinamik alınganlıklar (
ve
lineer yanıt kuramı kullanılarak elde edilmiştir.
Anti-ferromanyetik fazda sekmeli alınganlık, frekansın logaritması cinsinden sunulduğunda
dispersiyon katsayısı iki ardışıl plato bölgesine sahipken absorbsiyon katsayısı iki maksimum
sergilemektedir. Paramanyetik fazda ise dispersiyon katsayısı tek bir plato ile karakterizedir.
Benzer şekilde düzensiz fazda sistemdeki ısıl kaybı ifade eden absorbsiyon katsayısı tek bir
minimuma sahiptir. Bu durum Cole–Cole eğrilerindeki düzenli fazdaki iki yarı çemberin ve
paramanyetik fazdaki tek yarı çemberin varlığı ile uyum içindedir.
Teşekkür: Bu çalışma TBAG 109T721 numaralı Proje bünyesinde Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma
Kurumu (TÜBİTAK) tarafından desteklenmiştir.
12
18. Yoğun Madde Fiziği – Ankara Toplantısı, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, 25 Kasım 2011
S09
Yüksek hassasiyetli, düşük sıcaklık atomik kuvvet mikroskobu tasarımı
Özgür Karcı1,2 , Münir Dede1, ve Ahmet Oral3
1
NanoManyetik Bilimsel Cihazlar Ltd., Hacettepe Teknokent, 3.ArGe, 31, Beytepe, Ankara
2
Hacettepe Üniversitesi, Nanoteknoloji ve Nanotıp Bölümü, Beytepe, 06800 Ankara
3
Sabancı Üniversitesi, Doğa Bilimleri ve Mühendislik Fak., Orhanlı - Tuzla, 34956 İstanbul
Fiber interferometrik ölçüm sistemleri, düşük sıcaklık atomik kuvvet mikroskop (DS-AKM)
sistemlerinde, kuvvet algılayıcısı olarak kullanılan yayların sapmalarını ölçmede yaygın
olarak kullanılır. Tipik bir Michelson interferometresi şeklinde çalışan bu ölçüm sistemlerinde
elde edilen ölçüm hassasiyeti ~100fm/√Hz mertebesindedir. Bir interferometre ölçüm sistemi,
ucu elmas bir kesiciyle düzlenmiş bir fiber ve fibere dik olacak şekilde hizalanmış bir yaydan
oluşur. 1320 nm dalga boyundaki bir lazer demeti, 22 %50‟lik bir fiber çiftleyiciye gelerek
burada ikiye ayrılır: birinci kısım fiber kablo aracılığıyla taşınarak, ucu düzlenmiş fibere
gelerek %2–3‟lük kismi buradan geri yansır. Kalan kısım dışarıya yayılarak, yaya çarpar ve
yansıyarak geri döner ve fiber kabloya girerek ilerler. Bu iki demet, fiber kablo içerisinde
ilerleyerek bir phodedektöre ulaşır ve burada bir girişim deseni oluşturarak bir akım oluşturur.
Bu akım, i =io[1–Vcos(4πd/λ)] şeklinde ifade edilir. Denklemdeki V parametresi „görünürlük‟,
d ise fiber ile yay arasındaki mesafeyi ifade etmektedir. Bu iki parametre, bir fiber
interferometrenin hassasiyetini belirleyen iki ana unsurdur.
Bu çalışmada, DS-AKM‟de kuvvet etkileşimlerinden doğan yay sapmalarını ölçmek için
Michelson türü bir interferometre geliştirdik. RF modülasyonu uyguladığımız laser demeti
DS-AKM sisteminde ~25 fm/√Hz mertebesinde bir hassasiyet elde ettik. Bu hassasiyet
mertebesinde elde ettiğimiz Manyetik Kuvvet Mikroskobu (MKM) görüntülerinde, 10 nm
mertebesinde bir çözünürlük elde ettik. Örnek olarak yüksek yoğunluklu bilgisayar hard
disklerini kullandık. Elde ettiğimiz MKM çözünürlüğünü artırmak için, DS-AKM‟nin
hassasiyetini artırmak ve gürültü seviyesini düşürmek gerekmektedir. Bu amaçla iki önemli
eylem önerisini ortaya koyduk: (1) düzlenmiş fiberin %2–3 seviyesinde olan yansımasını
artırmak, (2) fiber ile yay arasındaki mesafeyi azaltmak. Bu amaçla, düzlenmiş fiberi
dielektrik malzemelerle çok katmanlı bir şekilde kaplayarak yansımayı ~%50 seviyesine
çıkardık. Fiber ile yay arasındaki mesafeyi azaltmak için, tarayıcı piezo tüpü kullancak
şekilde bir kaydırak mekanizması geliştirdik. Bu şekilde fiber, z-doğrultusunda yaya göre ileri
ve geri yönde hareket kabiliyeti kazandı. Mevcut tasarımdaki 30–40 µm olan yay–fiber
mesafesi bu mekanizma ile ayarlanabilir hale getirildi ve mesafe ~2–3 µm‟a düşürüldü.
Çok katmanlı dielektrik kaplama fiber–yay arasında, çoklu yansımalar oluşmasını sağlayarak
bir Fabry–Perot interferometresi olarak çalışmaya başladı. Bu şekilde yaptığımız gürültü
ölçümlerinde oda sıcaklığında ~8 fm/√Hz mertebesinde hassasiyet ölçmüş bulunmaktayız.
Shot noise adını verdiğimiz gürültü tabanımız ise ~2 fm/√Hz olarak hesaplandı. Yeni sistem
ile devam eden çalışmalarımızda, hassasiyeti daha da artırmayı ve 5–6 nm seviyesinde MKM
çözünürlüğü elde etmeyi amaçlamaktayız.
13
18. Yoğun Madde Fiziği – Ankara Toplantısı, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, 25 Kasım 2011
S10
W safsızllığı içeren ZnO yapılarda polarize spin akışı
Musa Mutlu Can1,2* ve Tezer Fırat1
1
2
Fizik Mühendisliği Bölümü, Hacettepe Üniversitesi, Beytepe, 06800 Ankara
Mühendislik ve Doğa Bilimleri Fakültesi, Sabancı Üniversitesi, Tuzla, 34956 İstanbul
Yarı iletken örgü içindeki kusurlar, teknolojik uygulamalardaki faklılıkların oluşumuna neden
olmaktadır [1]. Yarı iletken örgü içerisinde kontrollü kusur oluşumunu sağlayarak; elektriksel,
optik ve hatta manyetik davranışı kontrol etmek mümkündür [2]. Yapılan çalışmalarda geniş
band aralığına sahip oksit yarı iletkenlerin sahip olduğu noktasal örgü kusurlar nedeni ile
magnetik davranışların meydana geldiğini göstermektedir [3,4]. Günümüzde ise manyetik
olmayan f veya d enerji seviyesine sahip elementlerin de yarı iletken örgüye safsızlık olarak
yerleşimlerinin, magnetik davranışa neden olacağı belirlenmiştir. Yapılan çalışmada, polarize
spin akışı ve ferromagnetik davranışı belirlemeye en uygun yarıiletken örneklerden biri olan
W katkılı ZnO yarıiletkenler incelendi. İnce film üretimi, rf-magnetron kopartma sisteminde
yapıldı. İnce film üretiminde, %1 ile %2 arasında değişen W safsızlığı sahip ev yapımı ZnO
hedefler kullanıldı. Çalışmada, ZnO yapıdaki W safsızlığının miktarı belirlenerek; bu
safsızlıklar nedeni ile oluşan magnetik ve elektriksel değişimler irdelendi. W safsızlıklarının
yanı sıra örgü kusurlarının etkilerini belirlemek üzere de büyütme sonrası farklı ısıl işlemler
uygulanan ince filmler de büyütüldü. Büyütülen ince filmlerin yapısal analizleri, x-ışını toz
kırınım metresi (XRD), enerji dağıtıcı x-ışını spektrometresi (EDS) ve x-ışını foto elektron
spektrometresi (XPS) ile yapıldı. Yapısal analizler
,
,
,
, Oi ve OZn gibi örgü
+6
+5
+4
kusurlarının yanı sıra; W atomlarının da W , W ve W iyonları halinde örgüye dâhil
olduğu anlaşıldı. Büyütülen filmlerde magnetik oluşum magneto elektriksel ölçümler ile
anlaşıldı. Yapılan boyuna elektriksel ölçümlerde, örgü kusurlarına bağlı 50 K ve altındaki
sıcaklıklarda, negatif magneto direnç (NMD) ve pozitif magneto direnç (PMD) değişimlerinin
her ikisinin de etkileri görüldü. Sıcaklık 5 K değerinde ulaştığında ise büyütme sonrası ısıl
işlemlere bağlı olarak %28.8 ile %12.7 değerine kadar çıkan PMD değişimi belirlendi.
Hesaplamalar PMD değişimlerinin örgüdeki polarize spin akışı ile ilişkili olduğunu gösterdi.
Polarize spin akışının belirlendiği bir diğer analiz ise “enine Hall” ölçümleri ile bulundu.
noktasal kusurlarının baskın olduğu örneklerde normal olmayan Hall etkilerinin oluştuğu
anlaşıldı.
Referanslar:
[1] A. Janotti and C. G.V. De Walle, Phys. Rev. B 76, 165202 (2002).
[2] Q.Wang, Q. Sun, G. Chen, Y. Kawazoe, and P. Jena,Phys. Rev. B 77, 205411 (2008).
[3] N. H. Hong, J. Sakai, N. Poirot, and V. Brize, Phys. Rev. B 73, 132404 (2006).
[4] K. R. Kittilstved, W. K. Liu, and D. R. Gamelin, Nature Mater. 5, 291 (2006).
[5] B. Ali, L. R. Shah, C. Ni, J. Q. Xiao, and S. I. Shah, J. Phys.: Condens. Mater. 21, 125504 (2009).
[6] H. Pan, J. B. Yi, L. Shen, R. Q. Wu, J. H. Yang, J. Y. Lin, Y. P. Feng, J. Ding, L. H. Van, and J. H. Yin,
Phys. Rev. Lett. 99, 12701 (2007).
[7] Q. Xu, H. Schmidt, S. Zhou, K. Potzger, M. Helm, H. Hochmuth, M. Lorenz, A. Setzer, P. Esquinazi, C.
Meinecke, and M. Grundmann, Appl. Phys. Lett. 92, 082508 (2008).
14
18. Yoğun Madde Fiziği – Ankara Toplantısı, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, 25 Kasım 2011
S11
Çok tabakalı küresel kuantum nokta yapı içerisindeki hidrojen tipi donor
safsızlığının elektronik özellikleri
Hatice Taş ve Mehmet Şahin*
Fizik Bölümü, Fen Fakültesi, Selçuk Üniversitesi, Konya, Türkiye
Bu çalışmada, çekirdek/kabuk/kuyu/kabuk biçimli çok tabakalı bir küresel kuantum
noktasının, yüksüz bir donor safsızlığının varlığında ve yokluğunda, enerji özdeğerleri,
dalga fonksiyonları, elektron olasılık dağılımları ve bağlanma enerjileri gibi elektronik
özellikleri detaylı bir şekilde araştırılmıştır. Göz önüne alınan yapıda, taban (1S) ve
uyarılmış (1P) durumlarına ait enerji özdeğerleri ve bu enerjilere karşılık gelen dalga
fonksiyonları, safsızlık yok iken (Z=0) ve safsızlık var iken (Z=1) hesaplanmış ve
karşılaştırılmıştır. Enerji özdeğerleri ve dalga fonksiyonlarını belirlemek için Schrödinger
denklemi, etkin kütle yaklaşımı altında ve sonlu sınırlandırma potansiyelinde, shooting
metodu ile tamamen sayısal olarak çözülmüştür. Yüksüz donor safsızlığının elektronik
özellikler üzerindeki etkisi, farklı çekirdek yarıçapları, kabuk kalınlıkları ve kuyu
genişlikleri için sabit potansiyel altında çalışılmıştır. Sonuçlar, tabaka kalınlıklarının
fonksiyonu olarak incelenmiş ve meydana gelen durumlar ayrıntılı olarak yorumlanmıştır.
15
18. Yoğun Madde Fiziği – Ankara Toplantısı, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, 25 Kasım 2011
S12
Çizgi kusurlu fotonik kristal dalga kılavuzlarında saçıcıların konumlarının
değiştirilmesi ile yavaş ışık özelliklerinin iyileştirilmesi
Fulya Bağcı ve Barış Akaoğlu
Fizik Mühendisliği Bölümü, Ankara Üniversitesi, Tandoğan, 06100 Ankara
Yavaş ışık optik gecikme hatları, optiksel ara bellekler, tamamen optik sinyal işleme ve çok hassas
çalışan algılayıcılar gibi alanlarda uygulama bulmaktadır [1,2]. Fotonik kristal dalga kılavuzları
(PCW) oda sıcaklığında çalışabilmeleri, çip üzerine entegre edilebilmeleri, geniş ve ayarlanabilir band
aralıkları ile bu alanda tercih edilen yapılardır [3,4]. Fakat PCW'ların da yavaş ışık rejiminde görülen
yüksek dereceden dağınım etkileri sinyalde bozulmaya neden olmaktadır [5]. Ayrıca geleneksel
PCW'larında kayıp oranının yüksek olması bu tip yapıların tasarımlarında yavaş ışık uygulamaları için
bazı değişikliklerin yapılmasını gerektirmektedir.
Halka şeklinde saçıcılar algılayıcı uygulamalarında yüksek duyarlılık sağlamaktadır [6]. Saçıcının
konumunu değiştirmek daha fazla kontrol imkanı verdiğinden teknolojik olarak tercih edilmektedir
[7]. Bu çalışmada, silika alttaş üzerinde kusuru çevreleyen ilk sırada halka şeklinde saçıcılara sahip
silikon üçgen örgülü fotonik kristal dalga kılavuzları kullanılmıştır. Kusur etrafındaki ilk ve ikinci sıra
saçıcılarının konumları dikey doğrultuda aşağı veya yukarı yönde değiştirilerek dalga kılavuzunun
yavaş ışık performansı grup indisi, band genişliği ve grup hız dağınımı açısından incelenmiştir.
Hesaplamalarda düzlem dalga açılımı yöntemini uygulayan “MIT Photonic-Bands” (MPB) paketi
kullanılmıştır [8]. Üç boyutlu hesaplamalar etkin indis yöntemi ile iki boyuta indirgenerek yapılmıştır.
İlk sıra saçıcıların konumunda değişme s1 ve ikinci sıra saçıcıların konumunda değişme ise s2 ile
gösterilecek olursa,s2'nin artışı ile grup indisindeki değişimin s1=0 için en fazla olduğu bulunmuştur.
s1 negatif yönde arttıkça (çizgi kusurundan uzaklaştıkça) s2'nin artışı ile grup indisindeki artış oranı
azalmaktadır. Grup indisi–frekans eğrileri başlangıçta basamak biçiminde iken s2'nin artması ile grup
indisi değeri artmakta, band aralığı azalmakta ve eğri U-biçimine dönüşmektedir. Ayrıca s2'nin çizgi
kusuruna doğru kayma oranının artırılması bandın band aralığı kılavuzlu kısmını hava bandına doğru
yaklaştırdığından yavaş ışık rejiminin görüldüğü bölge maviye kaymaktadır. Örgü sabiti(a) cinsinden
ilk sıra saçıcılar çizgi kusuruna 0.02a, ikinci sıra saçıcılar ise 0.08a kadar yaklaştırıldığında ışığın hızı
0.005c'ye kadar düşürülebilmektedir. Yavaş ışığın gözlendiği bölgeye karşılık gelen grup hız dağınımı
değerleri de oldukça düşük (GVD<1 ps·nm–1·mm–1) bulunmuştur. Ayrıca pozitif ve negatif GVD
değerlerinin gözlenmesinden dolayı çalışılan yapı dağınım telafisi uygulamalarında da kullanılabilir.
Bu sonuçlar tasarlanan yapının optik gecikme hatları ve dağınımı telafi edici aygıtlar için elverişli
olduğunu göstermektedir.
Referanslar:
[1] Lene Vestergaard Hau, S. E. Harris, Zachary Dutton, and Cyrus H. Behroozi, Nature 397, 594 (1999).
[2] Y. A. Vlasov, M. O'Boyle, H. F. Hamann, and S. J. McNab, Nature 438, 65 (2005).
[3] T. F. Krauss, J. Phys. D: Appl. Phys. 40, 2666 (2007).
[4] T. Baba, Nat. Photon. 2, 465 (2008).
[5] R. J. P. Engelen, Y. Sugimoto, Y. Watanabe, J. P. Korterik, N. Ikeda, N. F. van Hulst, K. Asakawa, and L.
Kuipers, Opt. Express 14, 658 (2006).
[6] A. Saynatjoki, M. Mulot, K. Vynck, D. Cassagne, J. Ahopelto, and H. Lipsanen, Photon. Nanostruct.:
Fundam. Appl. 6, 42 (2008).
[7] J. Li, T. P. White, L. O‟Faolain, A. Gomez-Iglesias, and T. F. Krauss, Opt Express 16, 6227 (2008).
[8] S. G. Johnson and J. D. Joannopoulos, Optics Express 8, 173 (2001).
16
18. Yoğun Madde Fiziği – Ankara Toplantısı, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, 25 Kasım 2011
S13
Kuantum hall rejiminde gerçek örnekler için interferometrelerin teorik
modellenmesi
D. Ekşi(1), Ö. Kılıçoğlu(1), ve A. Sıddıki(2,3)
1
Trakya Üniversitesi, Fen Fakültesi, Fizik Bölümü, Edirne 22030,
İstanbul Üniversitesi, Fen Fakültesi, Fizik Bölümü, İstanbul 34134
3
Physics Department, Harvard University, Cambridge, 02138 MA, USA
2
Düşük boyutlu yarı iletken tabanlı parçacık interferometreleri düşük sıcaklık ve yüksek
manyetik alanlarda kuantum taşınım özellikleri göstermektedir. İki boyutlu elektron sistemi
(2BES) üzerinde metalik kapılar veya kimyasal kesme yöntemleri ile tanımlanan bu
interferometrelerin en yaygın araştırılanları Mach–Zehnder (MZ), Fabry–Perot (FP) ve
Aharanov–Bohm (AB) interferometreleridir. Yapılan deneylerde örneğin faz farkının yoldan
bağımsızlığı [1] gibi olguların açıklanabilmesi için malzemenin geometrik özellikleri ve
parçacıklar arası etkileşmelerin de hesaba katılması gerekmektedir. Bundan dolayı deneysel
parametreleri kullanarak kuantum Hall rejimi altında bu interferometreleri modelledik.
Hesaplamalarda sıfır sıcaklık ve sıfır manyetik alan değerlerinde üç boyutlu yapı için Poisson
denklemini çözdük ve potansiyel profilini elde ettik. Dik bir manyetik alan varlığında elektron
elektron etkileşmelerini de hesaba katarak, Thomas Fermi yaklaşıklığı yöntemini kullanılarak
elektron yoğunluğunun uzaysal dağılımını belirledik. 2BES‟e dik uygulanan manyetik alan
yük taşınım durumlarını kuantize eder ve elektron dağılımında iki farklı rejim olmasına neden
olur (sıkıştırılabilir bölgeler (SB) metal gibi davranır ve sıkıştırılamaz şeritler (SŞ) yalıtkan
gibi davranır). Manyetik alanın büyüklüğüne göre SŞ‟lerin kalınlıkları artmakta ya da
azalmaktadır. FP tipi interferometre için yapılan deneysel çalışmada [2] gözlenen iletkenlik
osilasyonları bahsedilen aygıtın boyutlarına bağlı olduğu gösterilmiştir. Dış bir manyetik
alanın fonksiyonu olarak side gate (SG) durumu ile tanımlanan (A>5 µm2) alandaki girişimler
AB periyodikliği gösterir. Bu durumda SŞ‟lerin çevrelediği kapalı alan içindeki manyetik akı
sayısı manyetik alan ile lineer artar. Buna karşılık, küçük örnekler (A < 3 µm 2) Coulomb
dominated (CD) rejim olarak adlandırılan karşıt bir davranış gösterir. Akı sayısı manyetik
alanı ile azalır. Fakat örnek üzerine yerleştirilen top gate (TG) ile AB periyodikliği durumuna
dönmesine neden olur. Manyetik alanın etkisiyle oluşan iki SB arasındaki SŞ bölgesinde hem
kuantum etkilerden hem de geometrik yapıdan meydana gelen iki sığa oluşmaktadır. Bu iki
sığayı toplayarak toplam sığayı hesapladık. Elde ettiğimiz toplam sığa, Halperin ve ekibi
tarafından önerilen CD rejiminin fiziksel sistemlerde geçerli olamayacağını göstermiştir. Bu
önemli bulgu, iki boyutlu elektron gazında ölçülen fazın tamamen kuantum mekaniksel
geometrik bir faz olduğunu kanıtlamaktadır. Sığa etkilerinden arındırılmış Aharonov–Bohm
fazı kuantum anahtarları yolu ile kuantum bilgisayarlarının yapım yolunu epeyce
kolaylaştırmış bulunmaktadır.
Referanslar:
[1] I. Neder, M. Heiblum, Y. Levinson, D. Mahalu, and V. Umansky, Phys. Rev. Lett. 96, 1016804
(2006).
[2] Y. Zhang, D. T. McClure, E. M. Levenson-Falk, C. M. Marcus, L. N. Pfeiffer, and K. W. West,
Phys. Rev. B 79, 241304 (2009).
17
18. Yoğun Madde Fiziği – Ankara Toplantısı, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, 25 Kasım 2011
S14
Kesirli sayılı kenar durumlarındaki overshooting etkisinin analitik modellenmesi
A. Salman1, A. I. Mese2, M. B. Yücel1, and A. Sıddıki3, 4
1
Akdeniz Üniversitesi, Fen Fakültesi, Fizik Bölümü, Antalya, Türkiye
2
Trakya Üniversitesi, Fen Fakültesi, Fizik Bölümü, Edirne, Türkiye
3
İstanbul Üniversitesi, Fen Fakültesi, Fizik Bölümü, 34134 Vezneciler-İstanbul, Türkiye
4
Harvard Üniversitesi, Fizik Bölümü, Cambridge 02138 MA, USA
Bu çalışmada, yüksek mobiliteli iki boyutlu elektron sistemlerinde (2BES) ve kesirli kuantize
Hall rejiminde gözlemlenen kenar durumlarının Hall direnci üzerindeki etkileri araştırılmıştır.
Akım taşıyan kanalların etkin genişliklerini hesaplamak için 2BES'nin perdeleme özellikleri,
sisteme dik olarak uygulanan güçlü manyetik alanın etkisi ile birleştirilmiştir. Kesirli sayılı
kenar durumlarının ortaya çıkmasında çok parçacık etkileşmeleri önemli rol oynamaktadır.
Çok parçacık etkileri hesaplarımıza kompozit fermiyon yaklaşımı ile katılmıştır. Çalışmada
kesirli sayılı durumlar için de geçerli olduğu belirtilen Chklovskii vd. [1]‟ nin kendinden
tutarlı olmayan elektrostatik yaklaşımı, yoğunluk dağılımlarında düzeltmeler yapılarak ve
dalga fonksiyonlarının sonlu genişlikleri de ele alınarak kullanılmıştır. Üst kapılar ile
tanımlanmış dar (L < 10 μm) bir Hall çubuğu geometrisi ile yaptığımız bu çalışmada Hall
direncinde anormal davranışlar gözlenmiştir.    /  ile    /  ve    /  ile    / 
kesirli sayılı doldurma faktörlerine karşı gelen sıkıştırılamaz şeritlerin belli manyetik alan
değerlerinde bir arada bulundukları ve Hall direncinde overshoot etkisi yarattıkları
gözlemlenmiştir. Sıkıştırılamaz şeritlerin bir arada bulunması durumunun, kenar profilinin
konuma bağlı değişim hızı ile ilişkili olduğu ve çok hızlı değişimin olduğu durumlarda
sıkıştırılamaz şeritlerin bir arada oluşmadığı tespit edilmiştir. Bu durum tam sayılı Hall
etkisindeki ile benzerdir. Böyle bir durumda, tam sayılı kuantum Hall olayındaki overshoot
etkisinde olduğu gibi, toplam enine direnç birbiri üzerine binen şeritlerin genişliklerine bağlı
olarak artmaktadır.
Referans:
[1] D. B. Chklovskii, B. I. Shklovskii, and L. I. Glazman, Phys. Rev. B 46, 4026 (1992).
18
18. Yoğun Madde Fiziği – Ankara Toplantısı, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, 25 Kasım 2011
S15
AlInN/(GaN)/AlN/GaN hetero-eklem yapılarda magneto transport ölçümler
Aydın Bayraklı
Hacettepe Üniversitesi, Fizik Mühendisliği Bölümü, Beytepe, 06800 Ankara
MOCVD tekniği ile büyütülmüş GaN tabanlı bazı heteroeklem yapılar (başlıkta verilen); 1.9 –
300 K sıcaklık aralığında Hall ölçümleri, van der Pauw ölçümleri ve SdH ölçümleri ile
incelenmiş ve örneklerin, hacimsel taşıyıcı yoğunluğu, 2-boyutlu taşıyıcı yoğunluğu, transport
mobilitesi ve 2-boyutlu elektronların kuantum mobilitesi elde edilmiştir. Örneklerin tabaka
yapısının sonuçlara etkisi araştırılmıştır.
19
18. Yoğun Madde Fiziği – Ankara Toplantısı, Orta Doğu Teknik Üniversitesi, 25 Kasım 2011
S16
İki boyutlu elektron gazında manyetodirenç hesabı
Didem Ketenoğlu
Ankara Üniversitesi, Fizik Mühendisliği Bölümü, Beşevler, 06100 Ankara
Hacim içindeki rastgele potansiyel (RP) saçılmalarına ek olarak düzlemine dik rastgele
manyetik alan (RMF) etkisi altındaki iki boyutlu elektron gazı (2DEG) için özdirenç hesabı
yapılmıştır. Elektron dağılım fonksiyonunun düzeltme kısmı olan g (r ,  ) ‟nin sağladığı
doğrusallaştırılmış Boltzmann taşınım denklemi (BTE) Green fonksiyonu yöntemi ile
çözülmüştür. Özdirenç değişiminin rastgele potansiyelin etkisi azaldıkça saf rastgele manyetik
alan etkisi altındaki duruma indirgendiği ve sonuçların beklentilere uyduğu görülmüştür.
20