Near- and far-field thermal radiation in metamaterials and the development of NF-RT-FDTD algorithm

Bu doktora tezinde, yüzey fonon polaritonlarını (SPhP) destekleyen metamalzemeler içerisinde yakın alanda gerçekleşen ışınım ısı transferi incelenmiştir. Işınım ısı transferinde Plank'ın siyah cisim ışınımı ile tanımlanan uzak alan ışınımına kıyasla, yüzey dalgaları (surface waves) ve toplam iç yansımanın (total internal reflection) etkileşim etkileri nedeniyle mertebeler ölçüsünde artış gösteren ışınım dalga boyundan daha küçük mesafelerdeki elektromanyetik alanların çözümlemesi kullanılmıştır. Yakın alan ışınımının çözümlenmesinde; özellikle Maxwell denklemlerinin dalgalanmalı dağılım teorisi (fluctuation dissipation theory) ile birlikte çözümü sonucu elektromanyetik ve ısıl çözümleri elde etmeyi mümkün kılacak şekilde tasarlanmış sayısal bir yöntem olan Zaman Ortamında Sonlu Farklar Yöntemi (FDTD) temelli sayısal bir yöntem olarak NF-RT-FDTD (Near Field Radiative Transfer Finite Difference Time Domain) algoritması geliştirilmiştir..Çeşitli boyut ve şekillerde oluklar ve gözenekler içeren farklı geometriler için yakın ve uzak alan emisyonu ve ısı akısı profilleri kapsamlı olarak incelenmiş ve bu karmaşık geometrilerin çözümlenmesinde NF-RT-FDTD yönteminin kullanımı ile yüksek doğrulukla sonuç elde edilebildiği saptanmıştır. NF-RT-FDTD yöntemi ile elde edilen sonuçlar, etkin ortam kuramının (effective medium theory) çözümleri ile karşılaştırılmış ve etkin ortam kuramı ile elde edilen sonuçların tartışmaya açık olduğu belirlenmiştir. Sonuç olarak, NF-RT-FDTD yöntemi, yakın alanda termofotovoltaik uygulamalar, ışınımla soğutma, ısıl algılama, nano ölçekte üretim ve tıbbi tanılama gibi uygulamalarda kullanılabilecek karmaşık geometriler için sonuçlar elde etmede kullanılabileceği gösterilmiştir.