Ders AdıKodu Yerel KrediAKTS Ders (saat/hafta)Uygulama (saat/hafta)Laboratuar (saat/hafta)
Nanoteknoloji 1FIZ342024200
ÖnkoşullarYok
YarıyılGüz
Dersin Diliİngilizce, Türkçe
Dersin SeviyesiLisans
Dersin TürüSeçmeli @ Fizik Lisans Programı
Ders KategorisiUzmanlık/Alan Dersleri
Dersin Veriliş ŞekliYüz yüze
Dersi Sunan Akademik BirimFizik Bölümü
Dersin KoordinatörüBanu Süngü Mısırlıoğlu
Dersi Veren(ler)
Asistan(lar)ı
Dersin AmacıÖğrencinin fiziğin güncel teknolojik uygulama alanlarından nanoteknoloji ile tanışmasını ve temel kavramları anlamasını sağlamak.
Dersin İçeriğiKülçe kristalin büyüklüğü nano-metreler mertebesine (10-9=1n) azaltıldığında, kristal yeni özellikler kazanır ve bu özelliklerin güneş pilleri, tıp, opto-elektronik aygıtlar, vb teknolojik uygulamalarda kullanılma potansiyeli vardır. Bir külçe kristalin büyüklüğü bir kaç nm cıvarında ise söz konusu kristal “nanokristal” adını alır. Bir kuantum noktası (QD) bir yarı-iletken veya metal nanokristaldir. Yüklü parçacıklar (elektron ve delikler) bir kuantum noktası içinde hapis durumundadırlar, bu nedenle, bir kuantum noktasında enerji düzeyleri kesiklidir ve büyüklüğe bağlıdır. Bu derste yarı-iletken kuantum noktaları ele alınacak ve onların optik ve elektronik özellikleri masaya yatırılacaktır. QD leri karakterize etmek için kullanılan optik geçirgenlik spektroskopisi, kararlı durum fotolüminesans spektroskopisi, Raman spektroskopisi ve x ışınları kırınımı spektroskopi ağırlıklı olarak incelenecektir. Bir kuantum noktasında Elektronik ve delik enerji düzeyleri ve dalga fonksiyonları “kutu içinde parçacık” modeli ile benzerlik kurularak hesaplanabilir. Soğurmanın başladığı asimptotik soğurma kıyısı kuantum büyüklük etkisi nedeniyle maviye kaymıştır. Optik soğurma kıyısının dalgaboyu konumu QD nin yarıçapının karesi ile doğru orantılıdır: kesim dalga-boyu~R2. Bir kuantum noktasının rengi büyüklüğü azaldıkça önce kahverengine ve sonra portakal rengine ve sarıya döner. Kristalin titreşim kiplerini ele almak için Raman deneyleri gerçekleştirilir ve kiplerin fonon hapsi nedeniyle kırmızıya döndüğü Grüneisen modeli kullanılarak açıklanır. Nanometre mertebesindeki kuantum noktaları ışığı Mie teorisine göre soğurur ve saçar. Büyüklüğe bağlı soğurma katsayısı elde edilecektir.
Ders Kitabı / Malzemesi / Önerilen Kaynaklar
  • Optical properties of solids, Mark Fox, Oxford, 2001.
  • The physics of thin film optical spectra, O. Stenzel, Springer, 2005.
  • Low Dimensional Semiconductor Structures, Editors: Hilmi Ünlü and Norman J. M. Horing Springer, NanoScience and Technology 2013.
  • Handbook of nanophysics, Klaus D. Slattler, CRC Press, 2011.
  • Nanocrystal quantum dots, Victor Klimov, CRC Press, 2nd edition, 2010.
  • Nanophysics and Nanotechnology, Edward L. Wolf, Wiley, 2004.
Opsiyonel Program BileşenleriYok

Ders Öğrenim Çıktıları

  1. Fizik teorileri konularında kuramsal bilgiye sahip olur.
  2. Fizik ile ilgili konularda bağımsız olarak düşünme yeteneğini kullanabilir.
  3. Fizik alanında edindiği kuramsal bilgileri uygulayabilir.
  4. Alanındaki kavram ve düşünceleri bilimsel yöntemlerle inceleyebilir, verileri yorumlayabilir, değerlendirebilir ve analiz edebilir.
  5. Problemlerde karşılaşılan karmaşık sorunları çözmek için bireysel ve ekip üyesi olarak sorumluluk alabilir.
  6. Edindiği bilgi ve becerileri eleştirisel bir yaklaşımla değerlendirebilir, fizik ile ilgili yeni konuları öğrenebilir, fizik konularında ders ve seminer verebilir.

Haftalık Konular ve İlgili Ön Hazırlık Çalışmaları

HaftaKonularÖn Hazırlık
1D1: Kuantum Kuşatması: sonsuz kutu içinde parçacık D2: Öz enerjiler ve öz fonksiyonlar ve problemler. Elektron ve delik hapsi.Potansiyel kuyusu içinde parçacık problemini çalışın
2D1: Kuantum Kuşatması: sonlu kutu içinde parçacık D2: Enerji düzeylerinin grafik yöntemlerle hesabı
3D1: Örgü titreşimleri: Birim hücresinde bir ve iki atom olan tek boyutlu zincir D2: Fonon dispersiyon eğrisi ve fonon hapsi. Enine optik ve akustik kipler, LST kuramı, Grüneisen modeli
4D1: Kuantum büyüklük rejimleri, eksitom Bohr yarı-çapı, kuvvetli, orta ve zayıf hapis koşulları D2: Problem çözme
5D1: Kuantum geçişleri, Einstein katsayıları D2: Kuantum geçişleri için tedirgeme kuramı, kuşak yapısı
6D1: Kuantum noktalarının büyütülmesi ve ortalama yarıçaplarının optik soğurma spectroskopisi ile tahmin edilmesi. D2: Problem çözme
7D1: Raman spektroskopisine giriş 1 D2: Raman spektroskopisine giriş 2
8Ara Sınav 1
9Ara Sınav Ders Kitabı
10D1: Kuantum noktaları için Stark kayması D2: WKB yaklaşımı
11D1: X-ışını kırınım (xrd) spektroskopisine giriş, gerilmenin ve büyüklüğün xrd deseni üzerindeki etkilerinin Williamson Hall modeli ile araştırılması D2: Problem çözme
12D1: Isısal özellikler D2: Harmonik örgü titreşimleri
13D1: Fotonik Araştırma Laboratuvarını ziyaret D2: Genel tekrar
14D1: Nanoteknolojide güncel konular D2: Problem çözme
15Final

Değerlendirme Sistemi

EtkinliklerSayıKatkı Payı
Devam/Katılım
Laboratuar
Uygulama
Arazi Çalışması
Derse Özgü Staj
Küçük Sınavlar/Stüdyo Kritiği515
Ödev815
Sunum/Jüri
Projeler
Seminer/Workshop
Ara Sınavlar130
Final140
Dönem İçi Çalışmaların Başarı Notuna Katkısı
Final Sınavının Başarı Notuna Katkısı
TOPLAM100

AKTS İşyükü Tablosu

EtkinliklerSayıSüresi (Saat)Toplam İşyükü
Ders Saati132
Laboratuar
Uygulama
Arazi Çalışması
Sınıf Dışı Ders Çalışması133
Derse Özgü Staj
Ödev84
Küçük Sınavlar/Stüdyo Kritiği51
Projeler00
Sunum / Seminer00
Ara Sınavlar (Sınav Süresi + Sınav Hazırlık Süresi)16
Final (Sınav Süresi + Sınav Hazırlık Süresi)18
Toplam İşyükü :
Toplam İşyükü / 30(s) :
AKTS Kredisi :
Diğer NotlarYok