Spintronik uygulamaları için germanyum bazlı manyetik nanotellerinin geliştirilmesi
Development of germanium based magnetic nanowires for spintronic applications
Yazar: İLKNUR GÜNDÜZ AYKAÇ
Danışman: DOÇ. DR. LEYLA ÇOLAKEROL ARSLAN
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Nanoteller gibi bir boyutlu yapılar, ortaya çıkan kuantum özellikleri, elektronik ve sensörlerdeki potansiyel uygulamaları ve cihaz boyutlarının küçültülmesi nedeniyle araştırma ve ilgi odağı olmuştur. Özellikle, metal iletkenliği ve 296 K' ye kadar güçlü ferromanyetizması olan Mn5Ge3, spintronik cihazların oluşturulmasına yönelik Si ve Ge'ye yüksek verimli bir spin enjeksiyon kaynağı olarak vaat etmektedir. Bu tez çalışmasında, ferromanyetik bir MnGe'nin Si ve Ge nanotellerinin yan yüzeylerine biriktirilmesi ve Ge/ GeMn ile Si/ GeMn çekirdek kabuk nanotelleri oluşturan kombine bir yaklaşım geliştirildi. Ayrıca Mn5Ge3'ün Ge ve Si nanotel yüzeyleri üzerindeki birikim koşullarının manyetik özellikleri üzerindeki etkilerini araştırıldı. Bu çalışmada Ge yüksek mobilitesi, düşük büyütme sıcaklığı ve Si ile uyumundan dolayı manganın ise, Mn atomları arasındaki mesafeye bağlı ferromanyetik davranışının kontrol edilebilmesinden dolayı tercih edilmiştir.
Tez kapsamında 3 farklı büyütme yöntemi ile MnGe ferromanyetik yapılar oluşturuldu. ve büyütme çalışmalarında karşılaşılan engeller üzerinde durulmuştur. İlk olarak AAO kaplı Si (111) üzerinde kimyasal biriktirme metotu kullanılarak MnGe kaplı Si nanotelleri (NW) sentezlendi. Düzgün dağılmış Si NW yüzeyleri başlangıçta Ge ile kaplanmış ve daha sonra Si / MnGe çekirdek / kabuk nanotel hetero yapıları katı faz epitaksiyal büyümesi ile sentezlendi. İkinci kısımda; Ge nanotelleri aynı alttaş üzerinde farklı iki kalınlıkta mangan ile kaplanarak sentezlendi. Mangan kalınlığının yüzey morfolojisine ve manyetik özelliklerine olan etkisi araştırıldı. Her iki teknik ile sentezlenen Ge ve Si nanotellerin Mn ile kaplanması sonucu elde edilen MnGe yapısının düşük sıcaklıktaki histerisiz eğrisine bakıldığında paramanyetik davranış sergilediği görüldü.  Son bölümde ise VLS yöntemi ile Ge nanoteller sentezlendi. Sonra bu yapılar üzerinde yüksek spin enjeksiyon verimliliği, spin polarizasyonu ve oda sıcaklığındaki ferromanyetizmaya sahip Mn5Ge3 parçacıkları oluşturulmuştur. Mn5Ge3'ün germanyum nanotel yüzeyleri üzerindeki birikim koşullarının manyetik özellikleri üzerindeki etkileri araştırıldı.

Abstract:
One-dimensional structures, such as nanowires, have been the focus of research and interest due to their emerging quantum properties, potential applications in electronics and sensors, and reduced device sizes. In particular, Mn5Ge3, with its metal conductivity and strong ferromagnetism up to 296 K, promises Si and Ge as a highly efficient source of spin injection for the creation of spintronic devices. In this thesis, a combined approach was developed to deposit a ferromagnetic MnGe on the side surfaces of Si and Ge nanowires, and to form core shell nanowires of Ge / GeMn and Si / GeMn. We also investigated the effects of Mn5Ge3 deposition conditions on the magnetic properties of Ge and Si nanowire surfaces. In this study, Ge was preferred because of its high mobility, low temperature growth and compatibility with sİ. Manganese was preferred because of its ability to control ferromagnetic behavior depending on the distance between Mn atoms. 
Within the scope of the thesis, MnGe ferromagnetic structures were synthesized with 3 different growth methods and the obstacles encountered in growth studies were emphasized. First, MnGe coated Si nanowires were synthesized using the chemical vapor deposition method on AAO coated Si (111) substrate. Uniformly dispersed silicon NW surfaces were initially coated with Ge, and then Si / MnGe core / shell nanowire heterostructures were synthesized by solid phase epitaxial growth method. In the second part; Ge nanowires were synthesized by coating with two different thickness manganese on the same substrate. The effect of manganese thickness on the surface morphology and magnetic properties was investigated. The low temperature hysteresis curve of the MnGe structure obtained by coating the Ge and Si nanowires synthesized by both techniques showed that they exhibit paramagnetic behavior. In the last part, Ge nanowires were synthesized by VLS method. Subsequently, Mn5Ge3 particles with high spin injection efficiency, spin polarization and room temperature ferromagnetism were formed on these structures. The effects of deposition conditions of Mn5Ge3 on germanium nanowire surfaces on magnetic properties were investigated.