Strong light-matter interaction in lithography-free perfect absorbers for photoconversion, photodetection, light emission, sensing, and filtering applications
Foto-dönüşüm, foto-algılayıcı, ışık emisyonu, algılama ve filtreleme uygulamaları için litografisiz mükemmel soğurucularda güçlü ışık-madde etkileşimi
- Tez No: 709527
- Danışmanlar: PROF. DR. EKMEL ÖZBAY
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 212
Özet
Alt dalga boyutlarındaki nanoyapılar tarafından elektromanyetik (EM) dalgaların verimli bir şekilde toplaması, dar veya geniş freakans aralığında mükemmel bir ışık soğurumu sağlar. Metamalzemeler olarak bilinen bu mükemmel soğurucular (MS); termal fotovoltaikler, fotovoltaikler, emisyon, sensör, filtreleme ve fotodedektör uygulamaları dahil olmak üzere birçok alanda oldukça ilgi görmektedirler. Nanofabrikasyon alanındaki gelişmeler, farklı optik nanoyapılarda güçlü ışık-madde etkileşimini gözlemleme fırsatını sunmuş olsa da bu nano yapıların ölçeklenebilir bir şekilde tekrarlanabilmesi ve büyütülmesi, geniş ölçekli uygulamalar için zorluk oluşturmuştur. Bu nedenle, son yıllarda, litografi içermeyen metamalzeme soğurucuları (LFMAs) kavramı, üretim kolaylığı ve yüksek işlevselliği nedeniyle EM spektrumunun farklı bölümlerinde oldukça dikkat çekmiştir. Bu tezde, bu LFMA' ların benzeri görülmemiş potansiyeli, santimetre ölçeklerinde nanoyapılar oluşturmak için araştırılmıştır. Bu amaçla, ultraviyole (UV)' den uzak kızılötesi (FIR) dalga boyu rejimlerine kadar bir LFMA' nın gerçekleştirilmesi için malzeme ve mimari gereksinimleri belirlenmiştir. İdeal bir mükemmel soğurucuyu gerçekleştirmek için öncelikle gerekli koşullar teorik olarak araştırılmıştır. Daha sonra çalışma dalga boyuna ve uygulamaya göre uygun malzeme ve tasarım mimarisi tanımlanmıştır. Ardından, bu ideal LMFA' ları deneysel olarak gerçekleştirmek için litografi içermeyen ve büyük ölçeklere uyarlanabilen yöntemler geliştirilmiştir. Son olarak, bu LFMA' ların kullanımı filtreleme, algılama, emisyon, fotodedektör, ve fotoelektrokimyasal suyun ayrıştırılması dahil olmak üzere çeşitli alanlarda gösterilmiştir. Genel olarak bu tez, uygulamaya özgü malzeme ve tasarım konfigürasyonu sayesinde LFMA' ların EM spektrumunun tamamına yakınını soğurabileceğinin mümkün olduğunu bir çok uygulama alanında göstermektedir. Bu da metamalzemeler/mükemmel soğurucular için çok sayıda spektral özellik gerektiren büyük ölçekli boyuta sahip pratik uygulamaların yolunu açar.
Özet (Çeviri)
The efficient harvesting of electromagnetic (EM) waves by sub-wavelength nanostructures can result in perfect light absorption in the narrow or broad frequency range. These metamaterial based perfect light absorbers are of particular interest in many applications, including thermal photovoltaics, photovoltaics, emission, sensing, filtering, and photodetection applications. Although advances in nanofabrication have provided the opportunity to observe strong light-matter interaction in various optical nanostructures, the repeatability and upscaling of these nano units have remained a challenge for their use in large-scale applications. Thus, in recent years, the concept of lithography-free metamaterial absorbers (LFMAs) has attracted much attention in different parts of the EM spectrum, owing to their ease of fabrication and high functionality. In this thesis, the unprecedented potential of these LFMAs will be explored. This thesis explores the material and architecture requirements for the realization of a LFMA from ultraviolet (UV) to far-infrared (FIR) wavelength regimes. For this aim, we theoretically investigate the required conditions to realize an ideal perfect absorber. Then, based on the operation wavelength and application, the proper material and design architecture is defined. Later, to experimentally realize these ideal LFMAs, lithography-free large-scale compatible routes are developed to generate nanostructures in centimeter scales. Finally, the application of these LFMAs has been demonstrated in various fields including filtering, sensing, emission, photodetection, and photoelectrochemical water splitting. This thesis study demonstrates that, by the use of proper material and design configuration, it is possible to realize these LFMAs in every portion of the EM spectrum with a vast variety of potential applications. This, in turn, opens up the opportunity of the practical application of these perfect absorbers in large-scale dimensions. In the last section of the thesis, we discuss the progress, challenges, and outlook of this field to outline its future direction
Benzer Tezler
- Light matter interaction in plexcitonic crystals and moiré cavities
Pleksitonik kristaller ve moiré kovuklarında ışık madde etkileşimi
ERTUĞRUL KARADEMİR
Doktora
İngilizce
2015
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ATİLLA AYDINLI
- Implementation of strong light-matter interaction for fabrication and light management of thin crystal silicon solar cells
İnce kristal silisyum güneş hücrelerinde üretim ve ışık yönetimi için yoğun ışık-madde etkileşimi uygulaması
MONA ZOLFAGHARI BORRA
Doktora
İngilizce
2021
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALPAN BEK
- Biyosensör uygulamaları için nanofotonik yapıların tasarlanması
Design of nanophotonic structures for biosensor applications
NUR ERİM
Doktora
Türkçe
2019
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiTOBB Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAMZA KURT
- Experiments on a strongly correlated material: Photoresponse, phase diagram and hydrogen doping of VO2
Başlık çevirisi yok
T. SERKAN KASIRGA
- Strong and weak light-matter interactions in plasmonic and optical cavities
Plazmonik ve optik kavitelerde güçlü ve zayıf ışık madde etkileşimleri
NAHİT POLAT
Doktora
İngilizce
2023
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüFotonik Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SİNAN BALCI