Sıcaklık ile ayarlanabilir vanadyum oksit temelli nanofotonik yapılar

Bu çalışmada, RF magnetron sıçratma ve ardışık tavlama prosesi ile büyütülmüş vanadyum dioksit (VO2) ince filmlerin faz değiştirme davranışı, optik ve elektriksel parametreleri üzerinden incelenmiştir. İnce filmlerin yapısal karakterizasyonu x-ışını kırınımı (XRD), aromik kuvvet mikroskopu (AFM) ve taramalı elektron mikroskopu (SEM) ile yapılmıştır. IR yansıtıcılık ölçümleri FTIR metodu kullanılarak yapılmıştır. VO2'in faz değiştirme davranışı, sadece iki uç durum olan: sıcak (metalik) ve soğuk (yalıtkan) koşullarında incelenmemiş, aynı zamanda VO2'in doğal bir metamalzeme gibi davrandığı, metalik ve yalıtkan fazların bir arada bulunduğu faz geçiş bölgesine de odaklanılmıştır. Faz geçiş bölgesinde, metalik ve yalıtkan bölgelerin büyüklük ve şekilleri, sıcaklık ile değişim gösterirken buna bağlı olarak optik özelliklerinde kademeli olarak değişim elde edilir. Çalışmada VO2'in bu bölgedeki davranışını modellemek için önerilen bir bir yaklaşım olan Efektif Ortam Teoremi (EMT) kullanılmıştır. Söz konusu yaklaşımın devreye sokulduğu, transfer matris metodu (TMM) simulasyonlarının, ölçümlenen yansıtıcılık verisine yaklaştırılması ile analizler yapılmıştır. Bu yaklaşımla elde edilen sonuçlar, metalik ve yalıtkan bölgelerin sadece büyüklüğünün değil aynı zamanda biçimlerinin de sıcaklık ile dikkate değer bir değişim gösterdiğini ortaya koymuştur. Çalışmada, faz geçişi bölgesindeki ısınma ve soğuma döngülerinden deneysel olarak elde edilen verilerle görülen, VO2 filmin elektriksel ve optik özelliklerindeki histerik davranış, simulasyonlarla da ayrıca incelenmiştir. Son olarak, kızıl ötesi (IR) bölgede ayarlanabilir yansıtıcılık gösteren, planer (lithography-free) ve nano-desenlenmiş aygıtlar tasarlanarak, kimyasal buhar biriktirme (CVD), fiziksel buhar biriktirme (PVD), indüktif olarak eşlenmiş plazma ile reaktif iyon aşındırma (ICP-RIE) ve elektron demeti ile litografi (EBL) gibi fabrikasyon teknikleri kullanılarak üretilmiştir.