Ising nanotüp sisteminde dinamik manyetokalorik etkinin incelenmesi
Investigation of dynamic magnetocaloric effect on the ising nanotube system
Yazar: NAZİFE ERDİNÇ
Danışman: PROF. DR. BAYRAM DEVİREN
Nevşehir Hacı Bektaş Veli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanobilim ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Glauber modeli = Glauber model ; Ising modeli = Ising model ; Manyetokalorik etki (MKE) = Magnetocaloric effect (MCE) ; Nanotüp = Nanotube ; Ortalama alan yaklaşımı = Mean field approach

Özet:
Günümüzde manyetik nanotüpler, sahip oldukları potansiyel teknolojik uygulamalar nedeniyle yoğun madde fiziği ve istatistik fizik alanlarında, teorik ve deneysel araştırmalar için disiplinlerarası büyük bir ilgi görmektedir. Bu nanotüpler; tıbbi uygulamalar, çevresel iyileştirme, kataliz, sensörler, biyoteknoloji, manyetik rezonans görüntüleme, manyetik kayıt ortamları, veri depolama, doğrusal olmayan optik, nanofluidler, biyoseparasyon ve yayılma kayıpları gibi geniş bir uygulama yelpazesine sahiptir. Manyetik nanotüplerin araştırılması ve geliştirilmesi, ileri manyetik malzemelerin keşfine olanak sağlayarak yenilikçi teknolojilerin geliştirilmesi ve yeni bilimsel araştırma alanlarının açılması üzerinde derin bir etki yaratmaktadır.
Manyetokalorik etki ise manyetik bir malzeme üzerine bir manyetik alan uygulandığında veya kaldırıldığında malzemenin sıcaklığının değişmesiyle ortaya çıkan bir olgu olarak tanımlanmaktadır. Bu etki, malzemenin manyetik momentleri ile kristal yapısı arasındaki etkileşimlerden kaynaklanmakta ve geri dönüşümlü bir ısınma veya soğuma etkisi oluşturmaktadır. Manyetokalorik etkinin, soğutma sistemleri, uzay ve havacılık sektöründe sensörlerin soğutulması, otomotiv endüstrisi ve kanser tedavisi gibi birçok uygulama alanı bulunmaktadır. Bu nedenle, manyetokalorik etkinin gelecekte teknolojinin kilit alanlarından biri haline geleceği öngörülmektedir. 
Bu tez çalışmasında, spin-1 Ising nanotüp sisteminin manyetik özelliklerinden dinamik manyetokalorik etkiler, Glauber-tipi stokastik dinamik temelli ortalama alan teorisi kullanılarak araştırılmıştır. Sistemin dinamik entropi değişimi hesaplanmış ve elde edilen özelliklerin, spinler arasındaki etkileşime, tek-iyon anizotropisi veya kristal alana, uygulanan dış manyetik alana göre nasıl değişim gösterdiği detaylıca incelenmiştir. Ayrıca, dış manyetik alan şiddeti arttıkça sistemde entropi değişimine neden olduğu saptanmıştır. 
Elde edilen sonuçlar, özellikle teorik bakış açısından, manyetik nanotüp malzemelerin manyetik özelliklerinin dinamik davranışlarını anlamada önemli bir katkı sağlamaktadır. Bu tez çalışması, manyetokalorik etkinin Hamiltoniyen parametrelerine bağlı olarak nasıl değişim gösterdiğine dair derinlemesine bir analiz sunarak, nano ölçekteki manyetik malzemelerin davranışları hakkında yeni bilgiler sunmaktadır. Bu bulgular, manyetik malzeme tasarımı ve uygulamaları için potansiyel olarak yeni bir yol haritası oluşturabilir. Pratik açıdan ise, elde edilen sonuçlar, manyetokalorik etkinin uygulanabilirliğini artırarak, soğutma sistemlerinin verimliliğini iyileştirme, yeni tip manyetik sensörler geliştirme ve biyoteknolojik uygulamalarda daha etkili malzemeler tasarlama konusunda faydalar sağlayabilir.

Abstract:
Magnetic nanotubes have garnered interdisciplinary interest in the fields of condensed matter physics and statistical physics due to their potential technological applications, with extensive theoretical and experimental research being conducted. These nanotubes have a broad range of applications, including medical applications, environmental remediation, catalysis, sensors, biotechnology, magnetic resonance imaging, magnetic storage media, data storage, nonlinear optics, nanofluids, bioseparation, and propagation losses. Research and development on magnetic nanotubes pave the way for the discovery of advanced magnetic materials, fostering innovative technologies and opening new avenues in scientific research.
The magnetocaloric effect, on the other hand, is defined as a phenomenon in which the temperature of a magnetic material changes when a magnetic field is applied or removed. This effect stems from the interaction between the magnetic moments of the material and its crystal structure, resulting in a reversible heating or cooling effect. The magnetocaloric effect has numerous applications in areas such as cooling systems, sensor cooling in aerospace and aviation, the automotive industry, and cancer treatment. As such, it is predicted to become a key area of technology in the future.
In this thesis, the dynamic magnetocaloric effects of the magnetic properties of the spin-1 Ising nanotube system were investigated using mean-field theory based on Glauber-type stochastic dynamics. The dynamic entropy change of the system was calculated, and how the obtained properties vary with the interaction between spins, single-ion anisotropy or crystal field, and the applied external magnetic field was examined in detail. Additionally, it was observed that increasing the intensity of the external magnetic field caused changes in the entropy of the system.
The results obtained from this study provide significant contributions, particularly from a theoretical perspective, to understanding the dynamic behavior of the magnetic properties of magnetic nanotube materials. This thesis offers an in-depth analysis of how the magnetocaloric effect varies depending on Hamiltonian parameters, shedding light on the behavior of magnetic materials at the nanoscale. Practically, the findings enhance the applicability of the magnetocaloric effect, offering benefits such as improving the efficiency of cooling systems, developing new types of magnetic sensors, and designing more effective materials for biotechnological applications.