Kızılötesi ışıma emici nanoyapıların geliştirilmesi

Abstract

Elektromanyetik ışıma emici yapılar; fotovoltaik cihazlar, kızılötesi kamuflaj ve sensörler gibi alanlarda kullanıldığı için, çoğu mühendislerin öncelikli çalışma alanı haline gelmiştir. Bu yüzden bu çalışmada, akıllı malzeme olarak sınıflandırılan GST (Germanium Antimonide Telluride) malzemesinin yakın kızılötesi dalga boylarındaki emicilik karakteristiği incelenmiştir. Altın (Au) ve GST malzemelerinin birleştirilmesiyle üç farklı nanoyapı tasarlanmıştır. Tasarlanan nanoyapılar, TMM (Transfer Matrix Method) ve FDTD (Finite Difference Time Domain Method) ile simüle edilerek emiciliğin mükemmel olduğu rezonans dalga boyları belirlenmiştir. Bu çalışma altı bölümden oluşmaktadır.Birinci bölümde, ışıma emici yapılar ile ilgili literatür araştırması yapılmıştır. İkinci bölümde, kızılötesi ışımanın temel prensipleri, ışıma kanunu ve malzemelerin kızılötesi bölgedeki optik özellikleri anlatılmıştır.Üçüncü bölümde, faz değiştiren malzemeler ve uygulama alanları anlatılmıştır. Özellikle de bu tezde kullanılan GeSbTe (GST: Germanium Antimonide Telluride) akıllı malzemesi detaylandırılmıştır.Dördüncü bölümde, tasarlanan nanoyapıları simüle etmek için kullanılan çözüm yöntemleri olan TMM ve FDTD anlatılmıştır. Ayrıca bu çözümlerin yapılabilmesi için gerekli olan malzemenin optik parametreleri çalışma dalga boyları aralığında spektral olarak grafiklerde gösterilmiştir.Beşinci bölümde, nanoyapıların simülasyon sonuçları incelenmiş ve detaylı bir şekilde izah edilmiştir.Son bölümde ise sonuçlar değerlendirilmiş ve tasarlanan nanoyapıların potansiyel kullanım alanları açıklanmıştır. Ayrıca gelecek çalışmalarda neler yapılabileceği hakkında bilgi verilmiştir.

Electromagnetic radiation absorbing structures which have been used in photovoltaic devices, infrared camouflage and sensors, are turned into primary research area for many engineers. Therefore, in this study, absorption characteristics of Germanium Antimonide Telluride (GST), which is classified as smart absorber material, are investigated in the near infrared wavelengths. To achieve this goal, three different nanostructures are designed by integrating gold (Au) and the GST. Then, their simulation results are obtained by using Transfer Matrix Method (TMM) and Finite Difference Time Domain Method (FDTD) to catch near perfect absorption at some resonant wavelengths. This work is divided into five parts and ended with a conclusion part.In the first chapter, a literature review is made related to radiation absorbing structures.In the second chapter, the basic principles of infrared radiation, radiation laws and the optical properties of the material in the infrared region are described.In the third chapter, phase change materials and their applications are mentioned. Especially GST smart material, which is used in this thesis is explained.In the fourth chapter, TMM and FDTD methods are told. These methods are used to simulate the designed nanostructures. Additionally, the optical parameters of the material required to make these solutions are shown in the chart at the operating range of spectral wavelengths.In the fifth chapter, the results of simulation of nanostructures are examined and explained in detail.The last chapter describes the results evaluated and potential uses of designed nanostructures. It also provides information about what can be done in future studies.