Azo boya ve fulleren(C60) katkılı nematik sıvı kristallerin elektro-optik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of electro-optical properties of azo dye and fullerene (C60) doped nematic liquid crystals
Yazar: OĞUZ KÖYSAL
Danışman: DOÇ.DR. EREN SAN
Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü / Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2007
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
ivÖZETTEZİN BAŞLIĞI: Azo Boya ve Fulleren(C60) Katkılı Nematik Sıvı KristallerinElektro-Optik Özelliklerinin İncelenmesiYAZAR ADI : Oğuz KÖYSALFotorefraktif malzemeler yüksek kapasiteli bilgi depolanması, gerçek zamanlıholografi ve display teknolojisi gibi uygulamaları sebebiyle son yıllarda büyük ilgiodağı olmuşlardır. Bu çalışmalar bugün yüksek çözünürlüklü, daha duyarlı ve yüksekkırınım verimine sahip organik malzemelerin geliştirilmesi konusuna yoğunlaşmıştır.Sıvı kristaller sahip oldukları büyük dielektrik anizotropi ile dışarıdan uygulananelektrik, optik ve manyetik alanlara gösterdikleri kolektif tepki nedeniyle bu tipuygulamalar için çok uygun malzemelerdir.Bu tez çalışmasında E7 sıvı kristaline aynı anda katkılandırılan Azo Boya MetilRed (MR) ve Fulleren C60 ile yüksek kırınım veriminin elde edilmesi amaçlanmıştır.Bu amaçla E7 kodlu nematik sıvı kristal içine azo boya MR ve nano parçacık C60 aynıanda katkılanarak oluşturulan hibrit yapının dc alan beslemeli ve lazer indüklemesialtında elektro-optik karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Katkılandırılan azo boyaoranları %0.1w/w, %0.5w/w, %1w/w ile oluşturulurken C60 oranı % 0.5w/w olandoyum değerinde tutulmuştur. 441 nm, 40 mW' lık He-Cd lazer indüklemesi altındaoluşturulan kırınım ağı deney geometrisinde kırınım sinyalinin ölçümü yapılarakkırınım verimi incelenmiştir. Yapılan ölçümler sonucu en iyi verim I â 15mW lazergücü altında Î¸ = 0.5 0 çakışma açısı için â¼% 26 ile azo boya MR katkısının en büyükolduğu E7/C60/1%MR' lik numunede elde edilmiştir. Bu değer saf E7 ilekarşılaştırıldığında yaklaşık 12 kat daha fazladır.Birinci mertebeden difraksiyon verimi Î· , lazer gücü P ve kırılma indisi değişimiÎn kullanılaraktan n2 nonlineer indisi değerleri de hesap edilmiştir. En büyüknonlineer katsayısı E7/C60/1%MR numunede 11x10-3 cm2/W olarak elde edilmiştir.vÇalışmanın bir diğer yönünü ise her numune için sıvı kristallerin farklı lazerşiddeti altında tepki süreleri ölçülmesi oluşturmaktadır. E7/C60/1%MR' lik numuneiçin 10 mW lazer gücünde 189 ms olan tepki süresi, lazer gücü 40 mW olduğunda 58ms değerine kadar düşmüştür. Buna göre lazer şiddeti arttıkça sıvı kristallerin tepkisürelerinin kısaldığı gözlemlenmiştir. Elektriksel karakterizasyon kısmını oluşturan fotoiletkenlik çalışmasında numunelerimiz için foto-iletkenliğin değişimini incelenerekakım voltaj karakteristiği hakkında bazı çıkarımlarda bulunulmuştur.Yapılan çalışmanın holografik bilgi depolanması açısından uygulanabilirliğiE7/C60/1%MR' lik numune kullanılarak küçük bir GYTE logosunun pompalama lazerile sıvı kristal yapı üzerine yazılıp prob lazer ile okunmasıyla görselleştirilmiştir.Elde edilen veriler moleküler etkileşim mekanizmalarından fotoizomerizasyonve uzay yük alanı modelleri çerçevesinde irdelenmiş, önerilen sistemin performansanalizi gerçekleştirilmiştir.

Abstract:
viSUMMARYTHESIS TITLE: Investigation of Electro-Optical Properties of Azo Dye andFullerene (C60) Doped Nematic Liquid Crystals.AUTHOR : Oğuz KÖYSALPhotorefractive materials are becoming an important research topic for the lastdecade for their high capacity memory storage and their implementations on realtime holography and display technologies. Recently the research agenda isconcentrated on the development of organic materials which have advancedcharacteristics such as high definition, more sensitive and high diffraction efficiency.Liquid crystals have become the most preferred organic materials because of theirhigh dielectric anisotropy and collective reaction towards electric and magneticfields.In the scope of the thesis, E7 coded Liquid Crystal is doped with an azo dyemethyl red (MR) and fullerene C60 at the same time so that a higher amount ofdiffraction efficiency is acquired. In this aim, firstly electro-optical characterizationof the C60 and MR doped hybrid sample is performed under the laser illuminationand dc bias. Doping percentages are arranged at 0.1 %, 0.5 %, 1% w/w at differentsamples for MR while C60 percentage is optimized at 0.5 % w/w. Grating diffractionexperiments was carried out with 441 nm, 40 mW He-Cd laser and diffractionefficiency was found to be 26% under I â 15mW laser power, Î¸ = 0.5 0 intersectionangle for the sample E7/C60/1%MR. This value is 12 times higher in compared to pureform of E7.n2 nonlinear index coefficients are also calculated for each sample by using thefirst order diffraction efficiency Î· , laser power value P and refractive indexmodulation În . The highest nonlinear coefficient is attained in sample E7/C60/1%MRas 11x10-3 cm2/W.Another set of measurements is denoted for the determination of responsetimes under different laser powers. 189 ms is found for E7/C60/1%MR under 10 mWviilaser power while it is 58 ms when laser power is 40 mW. So it is found that as the laserpower gets more the response times get shorter. Photoconductivity measurements areemployed for inferring information about current-voltage characteristics.Applicability of the performed work in holographic recording is visualized byrecording GYTE logo onto the E7/C60/1%MR sample and then reading it with a probelaser.Obtained results are analyzed in the scope of photoisomerisation and spacecharge field models. Performance of the proposed system was analyzed throughoutthe work.