Moleküler nanoyapılara ait elektrodinamik özelliklerin ultrahızlı-bükümlü lazer ışınları ile kontrolü

Nano ölçekteki (<100 nm) malzemeler üzerine yapılan çalışmaların en büyük amacı, bu malzemelerin üretilmesi, ortaya çıkan kuantum mekaniksel özelliklerin anlaşılması ve bu özelliklerin kontrol edilebilmesidir. Ayrıca nanomalzemelerin üretimi esnasında yapısal özelliklerini atomsal seviyede değiştirmek ve daha işlevsel hale getirmek de yeni teknolojilere kapı açacaktır. Üretimi kolay ve ucuz olan ve endüstriyel kullanımı olan nanomalzemelerin kuantum mekaniksel özelliklerinin incelenmesi nanoteknolojinin başlıca araştırma alanlarındandır. Maliyeti ucuz, kimyasal olarak üretilebilen ve endüstriyel alanda bir çok kullanımı olan iki organik nanomalzeme C_20 H_20 ve benzendir (C_6 H_6). Bu moleküller kimyasal olarak durağandır ve serbest elektronlara (valans elektronları) sahiptir. Nano ölçekteki malzemeler, içerisinde bulundurdukları serbest elektronlardan dolayı bir kuantum kuyusu gibi davranırlar. Serbest elektronlar belli enerji seviyelerinde yer alırlar ve bir dış kaynaktan uygun enerji aldıklarında bir üst seviyeye geçiş yaparlar. Manyetik alan veya elektrik alan, sistemde yer alan elektronların bir üst enerji seviyesine geçmesini sağlarken, elektromanyetik dalgalar da bunu sağlayabilirler. Bu çalışmada ise uygun frekansa sahip bir elektromanyetik dalganın moleküllerde yer alan serbest elektronlarla nasıl etkileştiği incelenecektir. Düzlemsel dalga özelliğine sahip, çizgisel ve dairesel kutuplanmış elektromanyetik dalgaların benzen ve fulleren üzerindeki etkileri başka çalışmalarda incelenmiştir. Bu çalışmada optiksel vorteks (bükümlü ışık) olarak adlandırılan, açısal momentuma ve yüksek hızda atımlara sahip elektromanyetik dalgaların etkileri incelenecektir. Burada cevabını bulmak istediğimiz soru, bükümlü lazer ışınlarının uygun frekansta ve yüksek atımlarla molekül üzerine gönderildiğinde, molekül içerisindeki serbest elektrona açısal momentumun transfer edilip edilmediğidir. Böyle bir transfer elektronun, seçilmiş manyetik seviyelere yükseltgenmesini ve elektronun molekül etrafında net bir dönüşe sahip olmasını sağlayacaktır. Net dönüşe sahip olan elektron ise net bir manyetik alana sebebiyet verecektir. Işığın saniyedeki atım sayısının, frekansının, açısal momentum değerinin değişmesiyle, elde edilecek manyetik alan şiddeti ve yönelimi değiştirilebilecektir. Manyetik alan değişimi, molekülde uygun bir yere yerleştirilecek manyetik bir katkı atomunda yer alan elektronun spin yöneliminin de kontrol edilmesini sağlayacaktır. Netice olarak hedefimiz, benzen ve fulleren nanomolekülleri üzerine gönderilen lazer ışını ile kontrol edilebilir bir manyetik alan üretmek ve bu manyetik alanla herhangi bir elektronun spin yönelimini kontrol etmek olacaktır. Bu hedef doğrultusunda ilk olarak moleküllerin elektronik yapılarının hesaplanması için Gaussian 09 programı ve model potansiyel hesabı kullanılmıştır. Daha sonra Gaussian 09 programı ile dalga fonksiyonları elde edilmiştir ve nasıl elde edildiği ayrıntılı bir şekilde gösterilmiştir.