Bükümlü ışıkların nanoboyutlu yarıiletken ve moleküler yapılardaki kuantum elektron dinamiği üzerindeki etkisi
The effect of twisted light on quantum electron dynamics of nanoscale semiconductor and molecular structures
Yazar: FATİH KOÇ
Danışman: DOÇ. DR. KORAY KÖKSAL
Bitlis Eren Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Katıhal Fiziği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu çalışmada, spin ve yörüngesel açısal momentuma sahip bükümlü lazer ışınlarının dairesel ya da küresel simetrik moleküler ve yarıiletken topaklardaki elektron dinamiği üzerindeki etkisi incelenmiştir. Moleküler topakların elektronik yapıları, Gaussian 09 programı ile elde edilmiştir. Yarıiletken topakların elektronik yapılarının hesabında sonlu farklar ve etkin kütle yöntemi kullanılmıştır. Bazı karşılaştırmalar için yarıiletkenlerin hacimsel yapı hesaplarında VASP yazılımından yararlanılmıştır. Bükümlü ışık ile nanoboyutlu topaklar arasındaki etkileşim, Mathematica 9.0, Fortran ve C++ dillerinde yazdığımız programlar ile hesaplanmıştır. Işığın, spin ve yörüngesel açısal momentumlarının, kuantum yapılara transfer edilmesi sonucunda oluşan foton indüklü dairesel akım ve manyetik alan sonuçları elde edilmiş ve karşılaştırmalı olarak sunulmuştur. Daha önce elde edilen deneysel ve teorik olarak elde edilen sonuçlara göre dairesel polarize bir lazer ışını aromatik moleküllerde nanoamper seviyesinde akım üretebilirken bükümlü ışık kullanılarak yaptığımız hesaplarda bu değerin üzerine çıkılabileceği, akıma katkı sağlayan elektron sayısının artırılabileceği, indüklenen akım değerinin bükümlü ışık parametreleri ile ayarlanabileceği ve yarıiletken topakların dizayn edilerek tek foton frekansı ile seviyeler arası uyarılma miktarının artırılabileceği gösterilmiştir. Bunlarla birlikte indüklenmiş akımın sonucunda dairesel veya küresel yapıların merkezinde oluşan manyetik alanlar da hesaplanarak bükümlü ışık parametreleri ile bu alanın kontrol edilebileceği görülmüştür.

Abstract:
In this study, the effect of spin and orbital angular momentum carrying laser light on electron dynamics of circularly or spherically symmetric molecular and semiconductor clusters has been investigated. The electronic structure of molecular clusters has been calculated by Gaussian 09. Finite difference method and effective mass technique have been used for electronic structure calculation of semiconductor clusters. In order for some comparative studies, VASP has been performed to calculate the bulk electronic structure of semiconductors. The interaction between twisted light and nanoscale clusters has been investigated by using the codes which we have written in Mathematica 9.0, Fortran and C++.  Photoinduced current and magnetic field, which are result of the transfer of light' spin and orbital angular momentum to the structures, have been obtained and introduced comparatively. Although the recent theoretical and experimental studies reported that circularly polarized light applied on aromatic molecules is able to induce a ring current in the range of nanoampere, we obtained important results as following. Twisted light is able to induce higher value of ring current. It is possible to increase the number of electrons which contributes to the induced ring current. It is also possible to manipulate the induced current by varying the parameters of twisted light. The number of electron excitations for single photon frequency can be increased by appropriate design of semiconductor clusters. Furthermore, the induced magnetic field in the center of the circularly and spherically symmetric quantum structures has been calculated and it has been shown that the magnetic field can be manipulated by the parameters of twisted light.