Topolojik Weyl yarımetallerinin elektronik ve optik özellikleri
Electronical and optical properties of topological Weyl semimetals
Yazar: ŞEVVAL TAŞDEMİR
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA SARISAMAN
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Matematiksel Fizik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Anizotrop malzemeler = Anisotrop materials ; Lazerler = Lasers ; Yarımetal = Semimetal

Özet:
Yapısında kütlesiz Weyl fermiyonlarını bulunduran Topolojik Weyl Yarımetalleri (TWYM), Fermi yayı adı verilen özel yüzey iletkenliklere sahip olması nedeniyle dışarıdan uygulanan deformasyonlara karşı oldukça güçlü topolojik özellikler gösterir. Harici alanların etkisi altında bu topolojik özelliklerin incelenmesi ve ortaya çıkan etkilerin gözlemlenmesi, bu malzemelerin teknolojik uygulamalarının geliştirilmesi açısından büyük önem taşımaktadır. Bu tez çalışmasının ilk kısmında, TWYM'nin Fermi yayı bulunmayan yüzeylerine elektromanyetik dalga gönderilerek, topolojik terimler içeren Maxwell denklemleri için dik (transfer) manyetik dalga (TM-mod) çözümleri yapılmıştır. Elde edilen transfer matris ve bir boyutlu Helmholtz denkleminden yararlanılarak TWYM'den topolojik bir lazer üretmek için gerekli olan eşik koşulu hesaplanmıştır. Ayrıca, TM-mod çözümünden elde edilen ve literatüre ilk defa geçen korunumlu bir akım elde edilmiştir. TWYM, harici alanların etkisi altında olmaksızın da çeşitli anomaliler sergileyebilmektedir. TWYM üzerine tek eksenli mekanik bir gerilim uygulandığında, Weyl sistemini tanımlayan Hamiltonyenin tersinir zaman simetrisi kırılır ve Weyl konilerinde bir eğim meydana gelir. Bu tez çalışmasının ikinci kısmında Weyl fermiyonlarının kiralitesi ve Berry eğriliği dikkate alınarak TWYM için anomal hareket denklemleri ve yarı-klasik Boltzmann Taşınım Denklemi çözülmüştür. Sonuç olarak, eğim parametresinin Kiral Girdap Etkisi (KGE) adı verilen korunumlu bir akım ürettiği anlaşılmış, bu akıma bağlı olarak ortaya çıkan Girdap Hall Etkisi ve Drude davranışı gibi olası taşınım etkileri incelenmiştir.

Abstract:
Topological Weyl Semimetals (TWSM), which contain massless Weyl fermions in their bulk structure, have very robust topological properties against externally applied deformations because they have special surface conductivities called Fermi arcs. Investigating this topological properties under the influence of external fields is of great importance to develop the technological applications of this materials. In first part of this thesis, transverse magnetic waves (TM-mod) solutions is  made to Maxwell equations containing topological terms depending on the interaction of the surfaces of TWSM without fermi arcs with electromagnatic waves. As a result, the threshold condition required to generate a laser from TWSM obtained using Transfer matrix and one-dimensional Helmoltz equation. Moreover, a dissapative current which is  mentioned for the fisrt time in the literature is obtained from TM-mod solutions. Also, TWSM display various anomalies without under the influence of external fields. When the unaxial mechanical strain to TWSM, time symmetry is broken of hamiltonian determining the Weyl system and accour a tilt on Weyl cones. In second part of this thesis, anomalous equations of motion and semi-classical Boltzmann transport equation is solved taking into account chirality of Weyl fermions and Berry curvature. Therefore, tilt induced dissapative current called Chiral Vortical Effect (CVE) is investigated. Also, anomalous Vortilcal Hall effect depending on CVE and Durude model is examined in TWSM.