Moleküler fononik: Moleküler eklemlerde fonon iletiminin kontrol yöntemlerinin kuantum mekaniksel olarak araştırılması

Abstract

Fononlar, maddeyi oluşturan atomların denge konumları etrafındaki titreşimlerinin kuantumlanmış halidirler. Malzemelerin ısıl iletkenliğinde, elektronik ve optik cihazların performanslarında, termoelektrik enerji çevriminde kritik roller oynarlar. Fononik araştırmaları, fonon spektrumunu, iletimini, etkileşimlerini inceler ve malzemelerin fononik özelliklerinin amaca uygun olarak modifikasyon olanaklarını araştırır. Günümüzde malzemelerin nano boyutta üretim ve işlenme olanaklarının gelişmesiyle birlikte fononik alanında da yeni imkanlar ortaya çıkmıştır. Yığık (bulk) malzemelerde Fourier yasasıyla tarif edilen fononik ısı iletimi nano boyutta geçerliliğini kaybetmektedir. Dahası, sıcaklığın ve sıcaklık gradyeninin nano ölçekteki tanımları sorunlu hale gelmektedir. Öte yandan deneysel tekniklerdeki gelişmelerle nano ölçekteki ısı iletiminin hassas ölçümleri mümkün hale gelmiştir. Bu projede yığık ısı iletimi kavramlarının geçerli olmadığı nano ölçekli moleküler eklemlerde ısı iletiminin kontrol mekanizmaları kuantum mekaniksel yöntemlerle araştırılmıştır. Moleküler eklemlerin, elektronik uygulamalar açısından vaat ettiği hassasiyet ve zengin kontrol imkanlarıyla fononik uygulamalar açısından da önemli olduğu görülmüştür. Bu noktadan hareketle, moleküler eklemlerin yapısal özelliklerinin fononik özellikler üzerindeki etkileri incelenip yapısal modifikasyonlarla eklemlerin ısı iletim özeliklerinin amaca uygun hale getirilmesi; anharmonik proseslerin nano-boyutta ısıl dirence katkıları ve çok-terminalli moleküler eklemler incelenmiştir. Bu bilgiler ışığında, gerçekçi bir moleküler ısı doğrultucunun çalışma prensibi çalışılmıştır.