Grup IV nitrürlerin fotonik ve kuantum plazmonik uygulamaları
Photonic and quantum plasmonic application of group IV nitrides
Yazar: ASLI GENÇASLAN
Danışman: DOÇ. DR. RAMAZAN ŞAHİN
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Kuantum noktaları = Quantum dots ; Raman spektroskopisi = Raman spectroscopy ; Yüzey plazmon rezonans teorisi = Surface plasmon resonance theory ; Yüzey plazmonları = Surface plasmons

Özet:
Işığın lokalizasyonu ile sıcak-noktalarda artırılmış alan, ikinci harmonik üretimi (SHG), dört dalga karışımı (FWM) ve SERS gibi doğrusal olmayan süreçleri beraberinde getirir. Bu süreçler, plazmon salınımlarının uygun bir şekilde uyarılmasıyla kontrol altına alınabilir. Fano rezonansları (FR) kullanılarak kontrol edilebilen sistemler kuantum plazmonik uygulamalarında oldukça önemli bir yere sahiptir. Nanopartikül ve kuantum nesnesi kullanılarak elde edilen model sistemde ortaya çıkan FR ile doğrusal ve doğrusal olmayan süreçler uygun kuantum nesne (kuantum nokta, molekül veya kusur merkezi vb.) seçimi ile hem artırabilir hem de baskılanabilir. Tez çalışmamda Grup IV Metal Nitrürler kullanılarak ilk defa kuantum plazmonik uygulamaları gerçekleştirilecek ve plazmonik süreçlerin artırılması/baskılanmasının kontrolünün mümkün olup olmadığı incelenecektir. Önerilen model sistemlerde, sıcak nokta yoğunluğu artırılmadan molekülün Raman sinyal artışının sağlanması hedeflenmektedir. Modellerin her birisi için Heisenberg denklemleri aracılığıyla ilgili sistemlerin hareket denklemleri tanımlanır. İçinde kuantum yayıcının yer aldığı model sistem için hareket denklemlerinin çözümü zamana bağlı çözümler içerirken, kuantum yayıcının yer almadığı model sistem için çözümler zamandan bağımsız bir şekilde çözülür. Her iki model sistem için Stokes-kaydırılmış Raman modu için durağan-durum genlikleri elde edilir. 

Kuantum plazmonik uygulamaların yanı sıra bu tez çalışmasında Grup IV Nitrürlerin uzak alan ve yakın alan hesaplamaları gerçekleştirilecektir. Hesaplama sonuçları en sık kullanılan plazmonik malzeme olan altın ile karşılaştırılacaktır. Simülasyon hesaplamaları nanoparçacıkların plazmonik özellikleri BEM hesaplama şemasına dayalı gerçekleştiren, MATLAB tabanlı MNPBEM araç kutusu kullanılarak gerçekleştirilecektir.

Abstract:
The increased field at hot-spots by localization of light brings along nonlinear processes such as second harmonic generation (SHG), four-wave mixing (FWM), and SERS. These processes can be controlled by the proper excitation of plasmon oscillations. Plasmon fields that can be controlled using Fano resonances (FR) have a very important place in quantum plasmonic applications. With the FR that emerges in the model system obtained using nanoparticle and quantum object, linear and nonlinear processes can be both increased and suppressed by the selection of the appropriate quantum object (quantum point, molecule or defect center, etc.). In this proposed project, quantum plasmonic applications will be realized for the first time by using "Group IV Metal Nitrides" and it will be investigated whether it is possible to control the enhancement/suppression of plasmonic processes. In the proposed model systems, it is aimed to provide Raman signal enhancement of the molecule without increasing the hot-spot density. For each of the models, the equations of motion of the respective systems are defined through the Heisenberg equations. The solution of the equations of motion for the model system with a quantum emitter contains time-dependent solutions, while the solutions for the model system without a quantum emitter are solved in a time-independent manner. Steady-state amplitudes for the Stokes-shifted Raman mode are obtained for both model systems. 

In addition to quantum plasmonic applications, far-field and near-field calculations of Group IV Nitrides will be performed in this thesis. The calculation results will be compared with gold, the most commonly used plasmonic material. Simulation calculations will be performed using the MATLAB-based MNPBEM toolbox, which realizes the plasmonic properties of nanoparticles based on the BEM calculation scheme.