Vanadyum oksit nanoyapıların doğrusal olmayan optik özellikleri
Nonlinear optical properties of vanadium oxide nanostructures
Yazar: ULAŞ KÜRÜM
Danışman: PROF. DR. AYHAN ELMALI
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Doğrusal olmayan optik = Nonlinear optics

Özet:
Bu tez çalışmasında, oksidasyon oranının ve nano ölçekte kristalizasyonun Vanadyum Oksit ince filmlerin doğrusal olmayan optik özelliklerine etkisi incelenmiştir. Böylece teknolojik uygulamalarda kullanılabilecek parametreleri kontrol edilebilir ince filmler üretilmesi amaçlanmıştır.  Amorf vanadyum oksit ince filmleri, Anadolu Üniversitesi Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölümünde reaktif magnetron sıçratma tekniği ile kaplanmıştır. Kaplanan amorf haldeki filmler farklı atmosfer koşullarında tavlanarak, nanokristal vanadyum oksit yapılar elde edilmiştir. Nanokristal vanadyum oksit örneklerin, tavlanma koşullarına bağlı olarak doğrusal olmayan optik özellikleri incelenmiştir. Gözlenen doğrusal olmayan optik özelliklerin kaynaklandığı metal-yarıiletken faz geçişi dinamikleri, nanokristal örnekler üzerinde yapılan optiksel ve elektriksel deneyler ile araştırılmıştır. Örneklerin yapısal özellikleri, XRD, SEM ve AFM ölçümleri ile incelenmiştir. Elektriksel, optiksel ve doğrusal olmayan optik özelliklerin araştırılması sırasında, 4 nokta sondalama, optik soğurma spektrumu, Z-tarama ve utra hızlı pompa gözlem spektrokopisi teknikleri kullanılmıştır. 
Özellikle teknolojik uygulamalarında, VOX ince filmlerin oksidasyonunun hassas ve tekrarlanabilir şekilde elde edilmesi kritiktir. Üretim sırasındaki reaktif gaz koşullarından bağımsız olarak, tavlama sırasında atmosfer kontrol edilerek arzu edilen doğrusal olmayan optik etkilerin elde edilebileceği gösterilmiştir. Literatürdeki diğer yöntemlere kıyasla daha kolay olan bu üretim parametresiyle vanadyum oksit ince filmlerin gösterdiği doğrusal olmayan optik etkinin merkez dalgaboyunun ayarlanabildiği gösterilmiştir. Bu sayede optik anahtarlama gibi uygulamalarda gereksinime özel çözüm üretilmesini mümkün kılınmaktadır.

Abstract:
In this thesis, the effect of oxidation ratio and nanocrystalization on the optical properties of Vanadium Oxide thin films has been investigated. The main aim of this thesis is to clarify the effect of oxidation and nanocrystalization to the nonlinear optical properties of Vanadium Oxide films, while defining an easy to control parameter for various technological applications.
 Nanostructured VOX thin films were grown in a DC magnetron sputter system under two different Ar:O2 gas flow ratios.  The films were annealed under vacuum and various ratios of O2/N2 atmospheres. The insulator-to-metal transition properties of the thin films were investigated by temperature dependent resistance measurement. Photo induced insulator-to-metal transition properties were investigated by Z-scan and ultrafast white light continuum pump probe spectroscopy measurements. Experiments showed that not only insulator-to-metal transition, but also wavelength dependence (from NIR to VIS) and time scale (from ns to ultrafast) of nonlinear optical response of the VOX thin films could be fine tuned by carefully adjusting post annealing atmosphere despite different initial oxygen content in the production. Fabricated VO2 thin films showed reflection change in the visible region due to photo induced phase transition. 
The results have general implications for easy and more effective fabrication of the nanostructured oxide systems with controllable electrical, optical, and ultrafast optical responses.