TR Dizin İndeksli Yayınlar / TR Dizin Indexed Publications Collection
Permanent URI for this collectionhttps://hdl.handle.net/11147/7149
Browse
4 results
Search Results
Publication Altıgen Bor Nitrür Temelli Tek-foton Kaynaklarının Grafen ve Fotonik Mikro Kavitelerle Etkileşimi(2021) Ateş, Serkan; Ağlarcı, FurkanProjenin konusu hBN içerisinde bulunan kusur merkezlerinin ışıma dinamiğinin kontrolü üzerinedir. Optik olarak uyarılmış kusur merkezlerinin temel enerji seviyesine sönümlenmesi ışımalı veya ışımasız olabilmektedir. Işımalı sönümlenmenin toplam sönümlenmeye oranı ise kusur merkezlerinin kuantum verimini vermektedir. Birim zamanda üretilen foton sayısını kontrol edebilmek bu sönümlenme oranlarının kontrolü ile mümkündür. Bu amaçla, ilk olarak önce hBN kusur merkezleri ile grafen arasında resonant enerji transferi üzerine çalışmalar yapıldı. Temel optik özellikleri çalışılan çok sayıda kusur merkezi içeren örnek üzerine taşınan tek-katman kalınlığında grafen sonrası aynı kusur merkezlerinin ışıma özellikleri aynı koşullar altında tekrar incelenerek tek-kuantum ışıyıcı mertebesinde rezonant enerji transferi ilk defa gösterildi. Ayrıca, grafen katman sayısın rezonant enerji transferine etkisi de sitematik çalışmalar ile gösterildi. Son olarak hBN örnekler üzerine taşınan grafenin bir iyonik çözelti yardımıyla katkılanması sağlanarak Fermi enerjisi kontrol edildi ve enerji transferinin Fermi enerji seviyesine bağlı davranışı incelendi. Aynı kuantum ışıyıcı ile ilk defa yapılan çalışmalar neticesinde grafen öncesi ve sonrası olmak üzere tek-foton mertebesinde tersinir bir enerji transferi mekanizmasını gösteren bir aygıt geliştirilmiş oldu. Buna ek olarak, yine kusur merkezlerinin hem ışımalı hem de ışımasız geçiş oranını kontrol etmek amacıyla kullanılabilecek plazmonik aygıtların tasarımı yapıldı. Bu amaçla zamanda sonlu farklar yöntemi (FDTD) ile literatürden bilinen gerçekçi parametreler kullanılarak geliştirilen gümüş yarım küre geometrisine sahip nano antenlerin hBN kusur merkezlerinin ışıma oranlarını artırabilme potansiyeli ortaya kondu.Publication Altıgen Bor Nitrür Kusur Merkezlerinden Elde Edilen Tek-fotonlar ile Kuantum Kriptoloji(2021) Uyanık, Kıvanç; Mutlu, Görkem; Çakır, Özgür; Ateş, SerkanKuantum anahtar dağıtımı (KAD) kuantum mekaniğinin temel yasalarına dayalı güvenli bilgi teknolojileri kapsamında önerilmiş birçok uygulama arasında pratik kullanıma en yakın olanıdır. KAD iki kullanıcı arasında güvenli bilgi paylaşımı için kullanılan anahtarın üretilmesini ve dağıtılmasını sağlar. KAD sistemlerinin çalışma prensibinin ve sağladığı güvenliğin temelinde anahtarın tek fotonlar üzerinden kullanıcılar arasında dağıtılması vardır. Bu sebeple, verimli tek foton kaynakları KAD sistemleri için kritik öneme sahiptir. Literatürde farklı tek-foton kaynakları ile KAD gösterimleri mevcuttur ancak elde edilen anahtar üretim oranları ve güvenlik seviyeleri tek-foton kaynaklarının performanslarından kaynaklanan sebeplerle istenilen değerlere ulaşamamıştır. Bu sebeple, özellikle oda sıcaklığında ışıyan verimli tek-foton kaynaklarına yönelik araştırmalar yoğun bir şekilde devam etmektedir. Bu projede alternatif olarak son zamanlarda popüler olan altigen bor nitrür (hBN) içerisindeki kusur merkezleri KAD için tek-foton kaynağı olarak çalışıldı. HBN bilinen diğer iki boyutlu malzemelerden farklı olarak sahip olduğu geniş bant aralığı sayesinde (~5.5 eV) farklı enerji değerlerine sahip kusur merkezleri barındırır. Böylece, mor-ötesinden görünür bölgeye kadar olan geniş bir spektrumda tek-foton ışıması elde edilebilir. Ayrıca, hBN kusur merkezlerinden elde edilen tek-foton ışımasını 800 K gibi çok yüksek sıcaklıklarda da gözlemlemek mümkündür. Bütün bu özellikleri nedeniyle hBN malzemesinin kuantum bilgi teknolojileri, metroloji ve sensör teknolojileri gibi farklı alanlarda ve farklı ortam koşullarında kullanılabileceği düşünülmektedir. Bu proje kapsamında hBN içerisindeki kusur merkezlerinden elde edilen sıfır-fonon çizgisi (ZPL) ışımasının kuantum optik özelliklerinin incelendi ve bu yapılar ile ilk defa B92 protokolüne dayalı açık-hava KAD gösterimi yapıldı.Publication Kuantum Anahtar Dağıtımı için Nanofotonik Işık Kaynakları(2020) Ateş, SerkanBu projenin amacı silisyum-nitrür malzemesi ile değişik geometrilerde kavite tasarımı ve fabrikasyonu yaparak kendiliğinden dört-dalga karışımı (Spontaneous Four-Wave Mixing, SFWM) işlemi ile 780 nm bandında verimli ve dar-bant foton çifti üretimi yapabilecek nanofotonik aygıtların geliştirilmesidir. Foton-çifti üretimi için kullanılan silisyum-nitrür, silisyuma göre daha düşük bir doğrusalsızlığa sahip olmasına rağmen hem telekom bandında ihmal edilecek seviyelerde optik kayıplar göstermesi hem de çok geniş bir optik saydamlık bandına sahip olmasından dolayı tümleşik kuantum optik uygulamalar için çok uygun bir malzemedir. Projede ilk olarak dört-dalga karışımı yöntemi kullanarak foton-çifti üretimi işleminin teorik altyapısı çalışılmış ve özellikle 780 nm bandında verimli foton-çifti üretimine elverişli dalga-kılavuzu ile halka rezonatör aygıtların tasarımı için simulasyon çalışmaları yapılmıştır. Tesbit edilen en uygun dalga kılavuzu geometrisi (fabrikasyona da uygun şekilde) yaklaşık olarak 460 nm yüksekliğe ve 460 nm genişliğe sahiptir. Foton-çifti üretimi verimini artırmak için tasarlanan halka rezonatör yapısı ise yaklaşık 20 mikrometre yarıçapında olup dalga kılavuzu ile aralarındaki optimum uzaklık ise 140 nm olarak belirlenmiştir. Simulasyonlar sonucunda belirlenen parametreler çerçevesinde tasarlanan aygıtların fabrikasyonu yapılarak hedeflenen aygıtlar elde edilmiştir. Fabrikasyonu yapılan bu aygıtların optik karakterizasyonları laboratuvarımızda kurulan optik iletim düzeneği ile yapılmış ve 780 nm bandında sahip oldukları kavite modları gözlemlenmiştir. Ayrıca proje kapsamında Hanbury-Brown Twiss interferometresi kurulmuş ve farklı bir tek-foton kaynağı kullanılarak testleri yapılmıştır. Bu sistemler silisyum-nitrür halka-rezonatörlerden elde edilebilecek foton-çiftleri ile yapılacak foton korelasyon ölçümleri için önemli bir hazırlık olmuştur. Son olarak, geliştirilen aygıtlardan elde edilecek foton-çiftlerinin perofrmans testlerine yönelik bir kuantum anahtar dağıtımı sisteminin kurulum çalışmaları yapılmıştır.Research Project Kuantum Bilişimi Teknolojileri için Frekans Kilitli Tek Foton Üreteci(2023) Ateş, Serkan; Çakır, ÖzgürProjemizde amaç kuantum teknolojilerine tümleştirmeye uygun nitelikte belli bir frekansa kilitli tek foton kaynağı üretilmesidir. Tek foton üretimi için yenilikçi iki boyutlu (2B) malzemelerden geçiş metal kalkojenitleri (GMK) olan WS2, MoS2, MoSe2, MoS2(1-x)Se2x ile oda sıcaklığında tek foton üretebilen kusurlarıyla bilinen hegzagonal Boronnitrit (hBN) temelli kendi tasarladığımız bir mikroelektromekanik sistemden (MEMS?ten) yararlanmayı amaçlıyoruz. 2B malzemelerin MEMS rezonatöre transfer edilmesiyle bu malzemelerdeki kusur merkezleri tek foton kaynağı olarak çalışması ve bu kusurların kontrollü olarak zamanda frekans kilitli olarak oluşturulması amaçlanmıştır. Bazı kristal yapılarda ortaya çıkan özel kusur merkezlerinin oda sıcaklığında tek foton ışıması yaptıklarının gözlemlenmesi büyük öneme sahip bir bulgu olmuştur. Kusur taşıyıcısı malzemelerden elmas NV merkezleri gibi 3 boyutlu (3B) kristal örgüde oluşanlar bulunduğu gibi WSe2 ve WS2 gibi iki boyutlu kristallerde ortaya çıkanlar da bulunabilmektedir. Yakın zamanda bu malzemelerde yapılan bir çalışmada isteğe bağlı olarak belli konumlarda kusur merkezlerinin 2B malzeme üzerinde oluşturulabileceği gösterilmiştir. WS2/WSe2 gibi MoS2/MoSe2/MoS2(1-x)Se2x malzemeler de 2B yarıiletken malzemeler olup bu 2B kristallerde oluşan kusur merkezlerinin tek foton kaynağı olarak kullanılabileceği düşünülmektedir. Literatürde 2B malzemenin periyodik sivri uçlarla dekore edilmiş bir yüzeye aktarılarak bükümlendirildiğinde bükümlerde oluşan kusurlar sayesinde istenilen periyodik konumlarda malzemenin ışınım yaptığı gösterilmiştir. Literatürdeki bulgularda bu bükümlerde oluşan kusurların tek foton kaynağı olarak davrandığı gösterilmiştir. Üretmeyi amaçladığımız bu yapılar frekans kilitli tek foton kaynağı olarak çalıştıklarında anti-öbekleşmiş iki foton bağdaşım(correlation) istatistiği gösterirler. Tek foton kaynaklarının klasik olarak frekans kilitli olarak üretimlerinde şimdiye kadar manyetik veya elektriksel alan ile elektrik akımı kullanılmıştır. Ancak bu fiziksel etkileşimler tek fotonların oluşma mekanizmasına doğrudan etki yaparak çapraz karışmaya (cross-talk) neden olabilmekte, dolayısıyla kübitler arasında ön görülmeyen parazitik kuantum dolaşıklıklarına yol açabilmektedirler. Dahası çoğu sistem düşük sıcaklık ve yüksek vakum şartlarında çalışmaktadır. Oda sıcaklığında çalışabilen ve bu parazitik dolaşıklıklara olanak sağlamayan mekanik olarak frekans kilitlenmiş bir sistem geliştirilmesi dünyada ve ülkemizde son derece özgün bir çalışmadır. Projemizde ODTÜ-GÜNAM 2B malzemelerde belli bir frekansta bükümlenmeyi sağlamak üzere tasarım ve iki ayrı üretim tekniği kullanarak MEMS yapılar üretmiştir. Ekip ilk yöntemde daha önceki çalışmalarında geliştirmiş olduğu lazerle doğrudan Silisyum pul içine dikey rezonatör yapıları yazmıştır. İkinci yöntemde ise elektron demet litografisi yöntemi ile reaktif iyon aşındırma kullanarak yatay rezonatörler üretmiştir. Ayrıca 2B yapıların elektronik bant yapılarını ve kusurların büküme bağıntıları sayısal yöntemlerle irdelenmiştir. ESTÜ WS2, MoS2, MoSe2 ve MoS2(1-x)Se2x olarak belirlenmiş 2B malzemeleri CVD yöntemi ile tek katmanlı olarak, geniş alanlı, homojen, kontrollü ve aygıt uygulamalarında kullanılacak şekilde üretip MEMS yapıların üzerine transfer etmiştir. İYTE MEMS rezonatör üzerine trasfer edilmiş 2B yapıların temel optik özelliklerinin incelenmesini konfokal geometriye sahip mikro-fotoluminesans düzeneği ile gerçekleştirmiştir. Böylelikle tek fotonların zamanda rastlantısal bir dağınıklıkla üretilmesinin önüne geçilerek istenilen saat döngüsünde (clock cycle) üretilmeleri amaçlanmıştır.