Yarı iletken hetero yapıların optik ve manyetik özelliklerinin dış etkiler altında incelenmesi
Investigation of the optical and magnetic properties of semiconductor heterostructures under external factors
- Tez No: 921432
- Danışmanlar: PROF. DR. ORHAN BAYRAK
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Akdeniz Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Genel Fizik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 123
Özet
Bu tezde, bir elektronun yarı iletken kristal yapıdaki davranışı, örgüdeki atomlar ve elektronlarla olan etkileşimlerini temsil eden bir ortalama alan potansiyeli modeli ile incelenmektedir. Bir elektronun diğer bir elektronla olan etkileşmi klasik olarak Coulomb potansiyeli ile modellense de çok parçacık etkileşimlerinde deforme Coulomb kullanılmaktadır. Bu çalışma kapsamında sınırlayıcı potansiyel olarak deforme Coulomb formunda olan ters karekök eksponansiyel potansiyel kullanılmıştır. Bu potansiyel, fiziksel etkileşimlerin doğasına uygun olarak yavaş değişen sürekli bir yapı sunmaktadır. Ayrıca ters karekök eksponansiyel potansiyelin, açısal momentum kuantum sayısının sıfır olduğu durumda analitik çözüm sunması, yapılan nümerik hesaplamaların doğruluğunu değerlendirmek için bir referans sağlamaktadır. Bu tez çalışmasının ilk kısmında, ters karekök eksponansiyel potansiyel ile sınırlandırılan bir GaAs kuantum noktanın bağlı durum enerji özdeğerleri, Schrödinger dalga denkleminin Runge-Kutta yöntemiyle nümerik olarak çözülmesi yoluyla hesaplanmıştır. Hesaplamalarda elektronun etkin kütlesi sabit alınmayıp, \textit{E-k} bant diyagramına dayalı olarak fiziksel gerekçeler doğrultusunda, konuma bağlı etkin kütle (PDEM) olarak ele alınmıştır. Etkin kütlenin konuma bağlı kesin formu bilinmediğinden, formları farklı iki sürekli model oluşturulmuş ve bu modellerin optik gözlenirler üzerindeki etkileri incelenmiştir. Kütle modellerinin geometrileri, gözlenirler üzerinde büyük bir öneme sahip olduğu gözlenmiştir. Konuma bağlı etkin kütle modellerindeki parametreler sabit kütleye yakınsayacak şekilde ayarlandığında, optik gözlenirlerin piklerinin de sabit kütle ile hesaplanan değerlere yaklaştığı tespit edilmiştir. Sıcaklık ve hidrostatik basınç gibi dış faktörler, yarı iletkenlerin bant yapıları üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Çalışmanın ikinci kısmında; elektronun etkin kütlesi, potansiyel derinliği ve iletkenlik bandındaki etkin elektron yoğunluğu, sıcaklık ve hidrostatik basınca bağlı olarak modellenmiştir. Elektrik ve manyetik alan etkisindeki GaAs yarı iletkeninde bir elektronun davranışı, Schrödinger dalga denkleminin Numerov yöntemiyle nümerik olarak çözülmesi yoluyla analiz edilmiştir. Sıcaklık, hidrostatik basınç, potansiyel parametresi, elektrik ve manyetik alan gibi faktörlerin optik gözlenirler üzerindeki etkisi kapsamlı bir şekilde tartışılmıştır. Literatürde, potansiyel derinliği ve iletkenlik bandındaki etkin elektron yoğunluğunun sıcaklık ve hidrostatik basınca bağlılığı dikkate alınarak incelenmemiş olup, bu bağımlılık ilk kez bu çalışmada ele alınmıştır. Bir kuantum noktasının termodinamik ve manyetik gözlenirleri incelenirken en kritik parametrelerden birisi de sıcaklıktır. Çünkü tüm termodinamik ve manyetik gözlenirler, bağlı durum enerjilerinin sıcaklık bağımlılığı kullanılarak, bölüşüm fonksiyonları üzerinden hesaplanmaktadır. Literatürde, yalnızca analitik çözümü bulunan harmonik osilatör ve dikdörtgen kuyu potansiyeli için enerji özdeğerleri, sıcaklığın fonksiyonu olarak alınarak gözlenirler elde edilmiştir. Çalışmanın üçüncü kısmında ise ters karekök eksponansiyel potansiyel sınırlamasında bulunan bir GaAs kuantum noktasının, manyetik alan etkisinde Schrödinger dalga denklemi, Sonlu Farklar metodu ile çözülmüştür. Bölüşüm fonksiyonları tüm girilebilir durumlar üzerinden hesaplanarak mıknatıslanma ve manyetik duygunluk, etkin potansiyel geometrisi ile de ilişkilendirilerek sıcaklık ve manyetik alan altında incelenmiştir.
Özet (Çeviri)
In this thesis, the behavior of an electron in a semiconductor crystal structure is investigated using a potential model that describes its interactions with the atoms and electrons in the lattice through an average field potential. While the interaction between an electron and another electron is typically modeled using the Coulomb potential, in many-body interactions, the deformed Coulomb potential is employed. In this study, the deformed Coulomb potential in the form of an inverse square-root exponential potential is used as the confining potential. This potential provides a smoothly varying continuous structure that aligns with the nature of physical interactions. Furthermore, the inverse square-root exponential potential offers an analytical solution when the angular momentum quantum number is zero, serving as a reference to evaluate the accuracy of the numerical calculations performed. In the first part of this thesis, the bound state energy eigenvalues of a GaAs quantum dot with an inverse square-root exponential potential were calculated by numerically solving the Schrödinger wave equation using the Runge-Kutta method. In the calculations, the electron's effective mass was not taken as constant but was treated as a position-dependent effective mass (PDEM) based on the \textit{E-k} band diagram, justified by physical considerations. Since the exact position-dependent form of the effective mass is unknown, two continuous models with different forms were constructed, and their effects on optical observables were examined. The geometries of the mass models have been observed to play a significant role in the observables. It was found that when the parameters of the position-dependent effective mass models were adjusted to approach the constant mass, the peaks of the optical observables shifted toward the values calculated for the constant mass. External factors such as temperature and hydrostatic pressure have significant effects on the band structures of semiconductors. In the second part of this study, the electron's effective mass, potential depth, and effective electron density in the conduction band were modeled as functions of temperature and hydrostatic pressure. The behavior of an electron in a GaAs semiconductor under the influence of electric and magnetic fields was analyzed by numerically solving the Schrödinger wave equation using the Numerov method. The effects of factors such as temperature, hydrostatic pressure, electric and magnetic fields, and potential parameters on optical observables were comprehensively discussed. In the literature, the dependence of potential depth and conduction band effective electron density on temperature and hydrostatic pressure has not been considered, and this dependence has been examined for the first time in this study. Temperature is one of the most critical parameters when examining the thermodynamic and magnetic observables of a quantum dot. This is because all thermodynamic and magnetic observables are calculated via partition functions, which are derived based on the temperature dependence of bound state energies. In the literature, analytical solutions are available only for the harmonic oscillator and rectangular well potentials, where energy eigenvalues are treated as functions of temperature to determine thermodynamic and magnetic observables. In the third part of this study, the Schrödinger wave equation for a GaAs quantum dot confined by an inverse square root exponential potential under the influence of a magnetic field was solved using the Finite Difference method. Partition functions were calculated over all bound states, and magnetization and magnetic susceptibility were analyzed as functions of temperature and magnetic field, with a focus on their relationship to the effective potential geometry.
Benzer Tezler
- Elektrodepozisyon yöntemi ile üretilen ve güneş pili üretimine uygun olan CdSe/PbS hetero yapıların bazı fiziksel özellikleri
Some physcal propecties of the CdSe/PbS hetero structures produced by the electrodeposition method and suitable for solar cell production
FERMAN YAVUZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBilecik Şeyh Edebali ÜniversitesiEnerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AYÇA KIYAK YILDIRIM
- İyonofor ve vic-dioksim ligandları ve bazı metal komplekslerinin hazırlanması
Synthesis and complexation of ionophor vic-dioxime ligands
ALİ AKYILDIZ
- Colloidal synthetic pathways of atomically-flat complex nanocrystal heterostructures
Atomik olarak düz karmaşık nanokristal hetero yapıların koloidal sentetik yolları
FARZAN SHABANI
Doktora
İngilizce
2024
Bilim ve Teknolojiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
Prof. Dr. HİLMİ VOLKAN DEMİR
- Excitonic luminescence in spherical core-multi-shell quantum dot structures
Çekirdek-çok kabuklu küresel kuantum-nokta yapıların eksitonik ışıması
CİHAN BACAKSIZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2011
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. RAMAZAN TUĞRUL SENGER
- Semiconductor nanoplatelet heterostructures enhanced via combinations of colloidal atomic layer deposition and hot injection shell growths
Koloidal atomik katman kaplama ve sıcak enjeksiyon kabuk kaplama yöntemlerinin birleşimiyle geliştirilen yarı iletken nanolevha heteroyapıları
ULVIYYA QULIYEVA
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Kimyaİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HİLMİ VOLKAN DEMİR