Phd Degree / Doktora
Permanent URI for this collectionhttps://hdl.handle.net/11147/2869
Browse
6 results
Search Results
Doctoral Thesis Yarı İletken Yapay Grafen Nanoyapıların Kuantum Monte Karlo ile İncelenmesi(2025) Öztarhan, Gökhan; Güçlü, Alev DevrimYapay yarıiletken grafen nanoyapıları, $U/t \sim 100$ mertebesine ulaşabilen Hubbard modeli etkileşim gücüyle, güçlü korelasyonlu kuantum fazlarının incelenmesi için son derece ayarlanabilir bir platform sunmaktadır. Bu tezde, GaAs kuantum kuyularına nanopattern edilmiş sonlu boyutlu bal peteği örgülerinde manyetik ve metal-yalıtkan geçişlerini incelemek amacıyla yüksek hassasiyetli varyasyonel ve difüzyon Monte Carlo yöntemleri kullanılmaktadır. Sabit örgü sabiti $a = 50$ nm ve 114'e kadar elektron sayısı için, örgü nokta yarıçapı $\rho$'ya bağlı olarak antiferromanyetikten metale bir faz geçişi gösterilmektedir. Kol tipi (armchair) kenarlı altıgen pullarda spin-spin korelasyon fonksiyonları analiz edilerek, sistem geometrisi ve yük homojensizliğinin geçişin keskinliği ve kritik noktası üzerinde belirgin etkileri olduğu ortaya konmaktadır. Ayrıca, uzun menzilli Coulomb etkileşimleri altında, bu kol kenarlı altıgen yapılarda Nagaoka ferro-manyetizmasının ortaya çıktığı gösterilmektedir. Yarı dolulukta bir elektronun eklenmesi veya çıkarılmasıyla tetiklenen manyetik faz geçişi, Hubbard modeli tarafından öngörülen gezici (itinerant) ferromanyetizmanın açık bir göstergesidir. Bulgularımız, $U/t \approx 60$ civarında bu tür manyetik fazların büyük ölçekli ve fiziksel olarak gerçekçi sistemlerde gözlemlenebilirliğini göstererek deneysel çalışmalara önemli bir katkı sunmaktadır.Doctoral Thesis Zikzak Kenarlı Yapay Üçgen Grafen Kuantum Noktaların Elektronik ve Manyetik Özellikleri(2025) Kul, Erdoğan Bulut; Güçlü, Alev DevrimBu tez, zikzak kenarlı yapay üçgen grafen kuantum noktalarının elektronik ve manyetik Özelliklerini, 61 örgü noktasına kadar olan sistemler için, kuantum Monte Carlo yöntemleri kullanarak kapsamlı bir şekilde incelemektedir. Yarıiletken kuantum kuyuları üzerinde üretilen yapay grafen yapıları, doğal grafen sistemlerinde üretim zorlukları ve yapısal bozulmalar nedeniyle gözlemlenemeyen güçlü korelasyonlu fiziksel olayları taklit etmek için ayarlanabilir bir platform sunmaktadır. Çalışmada, sıkı-bağ ve ortalama-alan Hubbard yaklaşımları ile yerelleşmiş Gauss fonksiyonlarının doğrusal kombinasyonları kullanılarak çok parçacıklı deneme dalga fonksiyonları oluşturulmuştur. Bu dalga fonksiyonları, önce Varyasyonel Monte Carlo yöntemi ile optimize edilmiş, ardından Difüzyon Monte Carlo hesaplamalarında başlangıç noktası olarak kullanılmıştır. Bu sayede, ortalama alan yaklaşımlarının ötesine geçerek elektron-elektron etkileşimleri ve spin korelasyonları yüksek doğrulukla modellenebilmiştir. Elde edilen sonuçlar, kuantum kuyu yumuşaklığı veya sonlu boyut etkilerinden bağımsız olarak, nokta yarıçapına bağlı bir antiferromanyetik yalıtkan-metalik faz geçişinin varlığını ortaya koymaktadır. Ayrıca, farklı yapay üçgen grafen kuantum noktaları boyutları için beklenen temel durumların Lieb teoremi ve önceki teorik çalışmalarla tutarlı olduğu gösterilmiştir. Bununla birlikte, çalışmada fazladan tek bir elektronun nötr sisteme eklenmesiyle spin depolarizasyonunun gerçekleştiği de ortaya konulmuştur. Bu durum, toplam spin (S) değerinin minimuma düştüğü bir geçişle karakterize edilmektedir. Kenar bölgelerine lokalize olmuş durumların bu spin depolarizasyonu, hem metalik hem de yalıtkan fazlarda gözlemlenmiş ve tam diyagonalizasyon temelli önceki kuramsal öngörülerle uyumlu bulunmuştur. Ayrıca, Hubbard modelinde sonsuz yerel etkileşim sınırında (U → ∞) yarı dolu bir kafese tek bir yük eklendiğinde ortaya çıkması öngörülen bir olgu olan Nagaoka ferromanyetizması da ayrıntılı olarak incelenmiştir. Bu rejimde sistemin kinetik enerjiyi en aza indirmek amacıyla tam spin polarizasyonlu (ferromanyetik) bir temel durumu tercih etmesi beklenmektedir. Ancak, DMC simülasyonlarımız yapay üçgen grafen kuantum noktalarının Nagaoka tipi bir ferromanyetik durum sergilemediğini göstermektedir. Aksine, sistemin temel durumu tutarlı bir şekilde spin-depolarize konfigürasyonları tercih etmektedir.Doctoral Thesis Modelling of moiré superlattices of heterobilayer structures using continuum quantum Monte Carlo Methods(01. Izmir Institute of Technology, 2024) Çınar, Mustafa Neşet; Güçlü, Alev Devrim; Adem, UmutGeçiş metali dikalkojenitlerinin Moiré heteroyapıları, yarı dolumda yalıtkan hal, Wigner kristalizasyonu ve gezgin (Stoner) ferromanyetizması gibi egzotik fiziksel olgular göstermektedir. Gezgin (Stoner) ferromanyetizması, benzer enerji seviyelerindeki elektronlar arasındaki değişim etkileşimlerine bağlı olarak tercih edilen ferromanyetik konfigürasyonlar ile açıklanabilmektedir. Bu tür malzemelerde yük taşıma dinamikleri üçgen örgü oluşturan ve moiré potansiyeli adı verilen bir potansiyel tarafından belirlenmektedir. Moiré potansiyel, sonlu yapılar için Gausyenlerin bir toplamı olarak tanımlanabilmektedir. Sıkı Bağlam (TB) modeli, gerçek uzayda lokalize orbitaller kullanılarak etkileşmeyen parçacıklara sahip elektronik sistemleri anlamak için kullanılan en basit yaklaşımdır. Hubbard modeli, elektronlar arasındaki Coulomb itme kuvvetinin dahil edilmesiyle sıkı bağlam modelinin çok cisimli bir uzantısıdır. Hubbard modelinin ortalama alan yaklaşımı (ortalama alan Hubbard, MFH) temel hali öz-uyumlu bir şekilde çözmek için kullanılabilmektedir. Varyasyonel Monte Carlo (VMC) ve Difüzyon Monte Carlo (DMC); korele elektronların temel hal enerjilerini ve spine bağlı yoğunluklarını hem gerçek hem de yapay örgülerde doğru bir şekilde elde etmek için kullanılmaktadır. Deneme dalga fonksiyonları, VMC ve DMC hesapları için Slater-Jastrow formunda verilen başlangıç dalga fonksiyonlarıdır. Bu çalışmada, sonlu büyüklükteki moiré heteroyapıların manyetik fazlarını araştırmak üzere MoSe$_2$/WS$_2$ hetero-çift katmanları için sonlu moiré potansiyeli tanımlanarak VMC ile optimize edilmiş TB ve temel hal MFH orbitalleri kullanılarak DMC hesapları gerçekleştirilmiştir. Bulgularımız, van Hove tekilliğinin bulunduğu 3/2 dolumda ferromanyetik temel halin varlığını göstermektedir. Daha büyük potansiyel için 1/3 dolum civarında uyarılmış hal olarak Wigner kristali gözlenmektedir.Doctoral Thesis Electronic, Magnetic and Transport Properties of Graphene Quantum Dots With Charged Impurities(Izmir Institute of Technology, 2020) Polat, Mustafa; Güçlü, Alev DevrimIn this thesis, electronic, magnetic, and transport properties of armchair edged hexagonal and zigzag edged triangular graphene quantum dots (GQDs) are investigated in the presence of charged impurities. In this manner, a special attention has been paid to the Coulomb impurity problem in these structures. The collapse of the wave functions starting from the 1S$_{1/2}$ state is studied in the presence of not only the Coulomb impurity but also in the presence of a Coulomb charged vacancy with the help of tight-binding and extended mean-field Hubbard (MFH) models. Here, we report an interaction induced renormalization of the critical coupling constant ($\beta_{c}$). In addition, our results suggest that the induced charge for the interacting fermions is smaller than that of the non-interacting fermions. Furthermore, the transport coefficients reveal two different characteristics of the subcritical ($\beta$ $<$ $\beta_{c}$) and supercritical ($\beta$ $>$ $\beta_{c}$) regimes. As for the charged vacancy, the bare carbon vacancy induces a local magnetic moment in the hexagonal GQDs, but it is suppressed when the vacancy is charged with the subcritical Coulomb potential. Except the pristine cases of the GQDs, we numerically study a Coulomb impurity problem for the interacting fermions restricted in disordered hexagonal GQDs. In the presence of randomly distributed lattice defects and spatial potential fluctuations induced by Gaussian impurities, the response of $\beta_{c}$ for atomic collapse is mainly investigated by local density of states (LDOS) calculations within the MFH model. We find that both types of disorder cause an amplification of the critical threshold. As for the zigzag edged triangular GQDs, in the presence of the bare vacancy, we exactly obtain the spin splitting with the help of LDOS calculations in the energy spectrums, which are dominated by the edge states around the Fermi level. Similar to the hexagonal GQDs, if the vacancy is charged, the local magnetic moment disappears in these GQDs.Doctoral Thesis Physics of Higher Spin Fields(Izmir Institute of Technology, 2020) Sargın, Ozan; Güçlü, Alev DevrimSpin-3/2 fields are the next spin multiplet we look for in the general particle search. Although these fields can be either fundamental vector-spinors or just excited leptons and quarks we assume that they are fundamental throughout this thesis. These higher-spin fields, described by the Rarita-Schwinger equations have to obey certain constraints to have correct degrees of freedom when they are on the physical shell. \par In the first chapter after the introduction, we introduce these spinor-vector fields to the reader by first going through the different representations that can be employed to describe them. We then recapitulate some facts on the most general free lagrangian and the propagator for these fields. \par In the next chapters we investigate different phenomenological implications. We start out in chapter \ref{chap:1} with a massive spin-3/2 field hidden in the standard model (SM) spectrum thanks to the form of the special interaction that vanishes when the field falls into the mass shell. Different collider signatures are investigated through analytical computations and numerical predictions. \par In chapter \ref{chap:2}, we assume that the Higgs boson stays stable via a finely tuned hidden sector which involves a spin-3/2 field that is split from the SM and whose sole contact with it at the renormalizable level is through the neutrino portal. Then, the total mass correction to the Higgs mass is used as a constraint to calculate the mass scale of the spin-3/2 field. \par Lastly, we investigate the possible role that a spin-3/2 field could play in leptogenesis. Our model incorporates a spin-3/2 field in addition to the type-I see-saw fields in inducing the CP asymmetry and mitigating the naturalness problem of the Higgs boson. We investigate the plausibility in regard to successful leptogenesis with no side effects, specifically the naturalness of the Higgs boson and correct prediction of the active neutrino masses.Doctoral Thesis Electronic, Magnetic and Optical Properties of Disordered Graphene Quantum Dots(Izmir Institute of Technology, 2018) Altıntaş, Abdulmenaf; Güçlü, Alev DevrimIn this thesis, we theoretically investigate electronic, magnetic and optical properties of disordered graphene quantum dots. The numerical calculations are performed using a combination of tight-binding, mean-field Hubbard and configuration interaction methods. We focus on the effects of long-range disorder and electron-electron interactions on the optical properties and the effects of atomic defect related short-range disorders and electron-electron interactions on Anderson type localization and the magnetic properties of hexagonal armchair graphene quantum dots. For the case of long-range disorder, we show that, when the electron-hole puddles are present, tight-binding method gives a poor description of the low-energy absorption spectra compared to meanfield and configuration interaction calculation results. As the size of the graphene quantum dot is increased, the universal optical conductivity limit can be observed in the absorption spectrum. When disorder is present, calculated absorption spectrum approaches the experimental results for isolated monolayer of graphene sheet. On the other hand, for the case of short-range related disorder, we observe that randomly distributed defects with concentrations between 1-5% of the total number of atoms leads to electronic localization alongside magnetic puddle-like structures. We show that localization length is not affected by magnetization if there is an even distribution of defects between the two sublattices of the honeycomb lattice. However, for an uneven distributions, localization is found to be significantly enhanced.