Altın nanoparçacık temelli terahertz (THz) metamalzemeler
Gold nanoparticle based terahertz (THz) metamaterials
Yazar: KADİR TUĞRUL BOZKURT
Danışman: PROF. DR. CELAL YILDIZ
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Elektromanyetik metamalzemeler, alt dalga boyu yapıları kullanarak elektromanyetik malzeme özelliklerini uyarlamak ve dalga yayılımını kontrol etmek için güçlü bir yapay araç olarak ortaya çıkmıştır. Elektromanyetik spektrumun 0.1 THz ile 10 THz arasındaki frekans bölgesi, metamalzemeler ile kimyasal ve biyolojik algılama, görüntüleme ve
güvenlik uygulamalarına yönelik umut verici bir teknolojik potansiyele sahiptir. Bu tez çalışmasında, elektromanyetik spektrumun THz ve alt THz bölgesi uygulamaları için çift bant frekans cevabına sahip alt taban üzerine kurulu çok katmanlı özgün geometrik tasarıma sahip altın parçacık tabanlı THz metamalzeme emiciler
modellenmiştir. Terahertz metamalzeme emicilerin tasarımını optimize etmek için Lumerical FDTD (Finite Difference Time Domain) Solutions adlı yazılım paketi kullanılmıştır. Yazılım paketi kullanılarak dört farklı metamalzeme emicilerinin iletim, emilim ve yansıma özellikleri incelenmiştir. Metamalzeme emiciler için optimum tasarım
olarak metal-dielektrik-metal şeklindeki yapılar seçilmiştir. Çalışma sonucunda, metamalzeme ile kaynak arasındaki elektromanyetik etkileşimin yönlendirilmesi ile ayarlanabilir, kontrol edilebilir terahertz ve alt terahertz frekans
bölgesinde çalışan çift bant mükemmel emilime sahip dört farklı emici yapısı geliştirilmiştir. Gelecekte, mükemmel emicilerin algılama uygulamalarında kullanım potansiyeline sahip olacağı görülmüştür.

Anahtar Kelimeler: Metamalzemeler; alt dalga boyu yapıları; çift bant mükemmel emiciler; terahertz bölgesi; zaman domeninde sonlu farklar

Abstract:
Electromagnetic metamaterials emerge as a powerful artificial tool to adapt electromagnetic material properties and control wave propagation using sub-wavelength structures. The frequency region of the electromagnetic spectrum between 0.1 THz and 10 THz has a promising technological potential for chemical and biological sensing, imaging and security applications with metamaterials. In this thesis, gold particle-based THz metamaterial absorbers with a unique multilayer geometric design based on a substrate with dual band frequency response for THz and sub-THz region applications of the electromagnetic spectrum are modeled. The software package called Lumerical FDTD Solutions use to optimize the design of terahertz metamaterial absorbers. The transmission, absorption and reflection properties of four different metamaterial absorbers examine to use the software package. Metal-dielectricmetal structures are chosen as the optimum design for metamaterial absorbers. In the result of this study, four different absorber structures with double band perfect absorption operating in the terahertz and sub terahertz frequency region that can be adjustable, controllable by directing the electromagnetic interactions between the metamaterial and the source are developed. In the future, it has been observed that excellent absorbents have potential for use in sensing applications.

Keywords: Metamaterials; subwavelength structures; double band excellent absorber; terahertz region; finite difference time domain