Araştırma Projeleri

TAMAMLANMIŞ ve DEVAM EDEN DIŞ KAYNAKLI PROJELERİMİZ

1. İki Boyutlu MX3 (M=Fe, Ru, Rh, X=Cl, Br, I) tabakaların manyetik özelliklerinin Yoğunluk Fonksiyoneli Teorisi ve Monte Carlo Yöntemleri kullanarak Belirlenmesi

Proje Yürütücüsü: Doç. Dr. Ümit Akıncı

Proje Türü: TÜBİTAK 1001

Toplam Bütçe: 199.000 TL

Başlangıç Tarihi: 01.10.2017

Bitiş Tarihi: 01.10.2019

ÖZET

İki boyutlu yapılar sahip oldukları geometri ve kuantum etkilerinin baskın olmasından dolayı kendilerine has fiziksel özelliklere sahiptirler ve bu nedenle üç boyutlu (3D) yapılarıyla kıyaslandıklarında teknoloji üretiminde daha verimli kullanılmaktadırlar. Grafin, silisen, bor nitrür, ve çinko oksit, fosforen, arsenengibi yapılar bulk yapılarında göstermedikleri pek çok yeni özelliğe düşük boyutlu yapılarında sahip olmaları nedeniyle oldukça dikkat çekmektedirler. Bunlara ek olarak geçiş metal kalkojen bileşiklerin (MXi (i=1,2,3) ve (X=O, S, Se, Te)formunda) iki ve bir boyutta göstermiş oldukları özelliklerin incelenmesi önem kazanmıştır. Çünkü geçiş metal kalkojenler (GMK) genellikle üç boyutlu katmanlı yapıya sahiptirler ve tabakalar arasında zayıf van der Waals etkileşimi mevcuttur. Bu malzemeleri nano-teknolojide önemli kılan özelliklerin başında, üç boyutta iken doğrudan olmayan band aralığına sahip olan GMK ların iki ve bir boyutta 1-2 eV arasında doğrudan yasak bant enerji aralığına sahip olmaları gelmektedir. Bu enerji aralığı yakın kızılötesi bölgeyi de (0.88-1.65 eV) kapsadığı için yarı iletken teknolojisinde, fiber optik aygıtlarda kullanılabilirliklerini artırmaktadır. Ancak şu ana kadar bahsedilen yapıların ortak özelliği manyetik olmayan yarı-iletken malzeme olmalarıdır. Manyetizasyon; yapılara yabancı atomların katkılanması ile ya da yapılarda kusurlar oluşturularak elde edilebilmektedir. Bir boyutlu malzemelerde ise bunlara ek olarak malzemenin kenar atomlarının dizilişi de yapıya manyetik özellik kazandırabilmektedir. Ancak yapının manyetik özelliği katkı atomuna ve sayısına, yapının geometrik şekline, yapıya uygulanan dış bir kuvvete, tek tabaka yapının büyütülme koşullarına kuvvetli bir şekilde bağlıdır. Düşük boyutlu yapılara manyetik özellik kazandırma çalışmaları böylesine yoğun olarak devam ederken “İki boyutta saf halde kendiliğinden bir manyetik özelliğe sahip olan malzeme veya malzemeler bulunabilirmi?” sorusu sorulmaya başlanmış vebunun neticesinde 2B-MnX2 (X=O, S, Se) yapılarının sırası ile 140K, 225K ve 250K Curie sıcaklığına (TC) sahip ferromanyetik (3µB) malzemeler olduğu teorik olarak ortaya konulmuştur (Kan vd., 2013; Kan vd., 2014). Bu hesaplamalardan elde edilen veriler, içerisinde geçiş metallerini barındıran, tabakalar arasında zayıf van der Waals etkileşimi içeren bir diğer üç boyutlu malzeme grubu MX3 (M= Ti, V, Cr, Fe, Mo, Ru, Rh, Ir ve X=Cl, Br, I) isimlendirmesine sahip metal halojenlerin düşük boyutlarda manyetik özelliklerinin olup olmayacağının detaylı bir biçimde araştırılması gerekliliğini ortaya çıkarmıştır. Bu nedenle, son bir iki yıldır metal halojenlerin iki boyutlu tabaka yapıya sahip formlarının elde edilmesi için deneysel çalışmalara başlanmış ve bunların sentezlenebileceği gösterilmiştir. Bu deneysel verilerin başlamasıyla olayın mekanizmasını anlamaya yönelik teorik çalışmalarda da bir hareketlilik başlamıştır. Örneğin farklı çalışmalarda CrI3 için bulunan Curie sıcaklık değerleri 61K (McGuire vd., 2015) ve 75K (Wang vd., 2016)dir. Zhang ve grubunun tüm CrX3 (X=F, Cl, Br, I) için yaptıkları çalışmada Curie sıcaklıkları sırası ile 41, 49, 73 ve 95K olarak elde edilmiştir (Zhang vd., 2015). Diğer bir metal halojen grubu olan VCl3 ve VI3 için Tc değerleri 80 ve 98K olarak rapor edilmiştir (He vd., 2016). Bunlar haricinde, en iyi bilgimiz dahilinde, Fe, Ru ve Rh atomlarından oluşan iki boyutlu yapıların fiziksel ve kimyasal özellikleri hakkında bildiğimiz kadarıyla herhangi bir çalışma bulunmamaktadır. Bu nedenle, bu projede söz konusu malzemelerin yapısal, elektronik ve manyetik özelliklerinin belirlenmesi, İstatistik Fizik ve Yoğun Madde Fiziği gruplarının işbirliği ile incelenecektir. Bu durum, önerdiğimiz projenin orjinalliğini artırmaktadır.

2. Manyetik Nanoparçacıklar Ve İnce Filmlerde Değiş-Tokuş Anizotropisinin Ve Süperparamanyetizmanın Dinamik Manyetik Alanlar Varlığındaki Davranışının Teknolojik Ve Biyomedikal Uygulamalardaki Potansiyeli

Proje Yürütücüsü: Doç. Dr. Yusuf Yüksel

Proje Türü ve Numarası: TÜBİTAK 3001 Baslangic Ar-Ge, 116F011

Toplam Bütçe: 75650TL

Başlangıç Tarihi: 15.04.2016

Bitiş Tarihi: 15.10.2017

ÖZET

Ferromanyetik (FM) bir yapının antiferromanyetik (AFM) bir yapı ile manyetik olarak etkileşmesi sonucu ortaya çıkan değiş-tokuş anizotropisi, manyetik-dirençli cihazlar, manyetik algılayıcılar, manyetik sabit disklerde okuyucu başlıklar gibi birçok spintronik sistemin geliştirilmesinde yararlanılan temel bir fiziksel etkidir. Temel olarak manyetik nanoparçacıklar ve manyetik ince filmlerde gözlenen bu etki, mıknatıslanma-manyetik alan şiddeti düzleminde elde edilen histerezis halkalarındaki yatay ve dikey kaymalar şeklinde kendisini gösterir. Sıcaklık, madde içi manyetik etkileşmeler, nanoparçacık çapı (benzer şekilde film kalınlığı) ve yapısal kusurlar gibi parametreler, bu etkiyi doğrudan etkileyen temel fiziksel etmenlerdir. Öte yandan, günümüzde üretilen sabit disk sürücülerinde hedef, konum uzayında az yer kaplayan, ama depolama kapasitesi oldukça yüksek olan cihazlar imal etmektir. Ancak, bu amaçla kullanılan malzemenin yapısal boyutları belli bir kritik ölçeğin altına indirgendiğinde, ısısal dalgalanmalar malzemenin kararlı yapısını bozarak teknolojik açıdan işlevselliğini yitirmesine neden olur. Teknolojik uygulamalar açısından, süperparamanyetik etki yada süperparamanyetizma (SP) olarak bilinen bu olguyu yenmek değiş-tokuş anizotropisi sayesinde mümkün olmakla beraber, SP etkisi bambaşka bir alanda; biyolojik yapılarda organizma içersinde ilaç taşınımını mümkün kılmaktadır. Değiş-tokuş anizotropisi ve SP fenomenlerinin yukarıda saydığımız (sıcaklık, madde içi manyetik etkileşmeler, vb) unsurlar ile değişimi literatürde çok sayıda kuramsal çalışmanın temel motivasyon kaynağı olmuştur. Ancak deneysel olarak bu parametrelerin kontrolü genellikle pek kolay olmadığı için sözü edilen fenomenlerden, gerçek sistemlerde faydalı ve kontrollü bir şekilde yararlanmak zorlu bir iştir. Buna karşılık, laboratuar ortamında, genliği ve periyodu kontrol edilebilen salınımlı manyetik alanlar üretmek ve malzeme üzerine etki ettirmek ise görece daha pratik ve etkili bir yöntem vaat etmekle beraber, en iyi bilgimiz dahilinde, bu tür dinamik etkilerin söz konusu fenomenler üzerindeki etkisini incelemek amacıyla ne kuramsal ne de deneysel anlamda bir girişim bugüne dek olmamıştır. Probleme kuramsal açıdan yaklaşılacak olan bu projede, kurgulanacak nanoparçacık ve ince film modelleri için Monte Carlo simülasyon yönteminin uyarlanması planlanmaktadır. Dolayısıyla, önerilen projenin mevcut bilim ve teknolojiye katkısı üç ana başlık altında özetlenebilir:

Literatürde şu ana kadar bu konunun modellenmesi ile ilgili başka bir çalışma bulunmamaktadır. Dolayısıyla, yüksek değiş-tokuş anizotropisine sahip olan veya güçlü süperparamanyetik davranış sergileyen gerçek malzemelerin manyetik ve geometrik özellikleri düşünülerek dikkate alınan bir etkileşme Hamiltonyeni için, salınımlı manyetik alandan kaynaklanan dinamik etkiler de göz önünde tutularak gerçekçi bir modelin tasarlanması planlanmaktadır.
Geliştirilen model baz alınarak yürütülecek simülasyonlar ışığında, sistemin mıknatıslanmasının ve histerezis halkalarının salınımlı alan kaynaklı dinamik davranışı incelenerek, alan genliği ve titreşim frekansı gibi dinamik etmenlerin değiş-tokuş anizotropisi ve SP fenomenleri üzerindeki etkisinin açıklığa kavuşturulması beklenmektedir.
Bu bağlamda, projenin katkısı sadece akademik amaçla ele alınan teorik bir çalışma ile sınırlı kalmayacak olup, aynı zamanda dinamik manyetik alanların, uygulandığı manyetik malzemenin değiş-tokuş anizotropisini yükseltmek veya süperparamanyetik karakterini kuvvetlendirmek yoluyla teknolojik ve biyomedikal alanlardaki uygulanabilirliğinin belirlenmesine de ışık tutacaktır.

Anahtar Kelimeler: Değiş-tokuş anizotropisi, Monte Carlo simülasyonu, nanoparçacık, ince film, süperparamanyetizma

ÖZGÜN DEĞER Projenin literatürdeki önemi ve dolduracağı boşluk: Yukarıda kısaca özetlendiği gibi, değiş-tokuş anizotropisi ve SP fenomenlerinin denge durumundaki istatistiksel mekanik analizi literatürde detaylı olarak incelenmiş bulunmaktadır. Sıcaklık vb. gibi çeşitli fiziksel etmenlerin bu tür sistemler üzerindeki etkisi günümüzde iyi bilinmektedir. Bununla birlikte, bu fenomenlerin dışarıdan uygulanan dinamik manyetik alanlar altındaki davranışı henüz incelenmemiş olmakla birlikte, bu proje kapsamında, ince film ve nano yapılarda değiş-tokuş anizotropisi ve SP etkilerinin kontrollü olarak arttırılıp azaltılması için yeni bir yöntem önerilmektedir. Manyetik alan genliğini ve titreşim frekansını dışarıdan istenilen şekilde ayarlayarak malzemenin değiş-tokuş anizotropisini yükseltmek veya süperparamanyetik karakterini kuvvetlendirmek, teknolojik ve biyomedikal uygulamalar temelinde büyük bir öneme sahiptir. Dolayısıyla, bu çalışmada elde edilecek sonuçların, literatürde büyük bir eksikliği doldurması ve ince filmler ve nanoparçacıklar gibi nano ölçekli malzemeler için yeni uygulama alanlarının açılmasında etkin bir rol üstlenmesi beklenmektedir. Önerilen proje, gerek temel bilimler bazında, gerekse teknolojik ve biyomedikal uygulama alanları açısından özgün değerler içermekle birlikte, proje kapsamında çözülmesi beklenen soruların aydınlatılması ile elde edilecek verilerin, SCI kapsamına giren saygın uluslararası hakemli dergilerde yayınlanma potansiyeli de epey yüksektir. Dahası, elde edilecek verilerin uluslararası konferanslarda sunulması ile birlikte ülkemizin bilimsel gelişimine katkı yapmayı hedeflemekteyiz.

3. DNA Benzeri Biyomoleküllerin Kararliliklari Üzerinde Hidrojen Köprüsü İçeren Kelat Halkaları Yardımlı Pi-İstif Etkilesimlerinden Gelen Etkilerin İncelenmesi

Proje Yürütücüsü: Doç. Dr. Hasan Karabıyık

Proje Türü ve Numarası: 1002 – Hızlı Destek, 112T636

Toplam Bütçe: 21.877 TL

Başlangıç Tarihi: 01.09.2012

Bitiş Tarihi: 01.09.2013

ÖZET

Şu ana değin DNA’ya kararlılık kazandıran başat etkileşmelerin sicimlerarası hidrojen bağları, sicim içi istiflenme ve bunlara ek olarak küçük ölçekli zayıf çapraz hidrojen bağları olduğu düşünülmekteydi. DNA’nın kararlılığında başat rol oynayan hidrojen bağlarıyla aromatik istiflenme etkileşimlerini bir araya getiren bir kararlılık mekanizması şu ana değin literatürde rapor edilmemiştir. Keşfettiğimiz bu yeni etkileşim türü literatürdeki bu boşluğu dolduracaktır. Bu sayede;

DNA’daki mutasyon ya da nükleik asit bazlarının yanlış eşleşmelerinin/dizilimlerinin gerçekleşme süreçleri hakkında doyurucu nicel sonuçlar elde edilebilecektir.
Yalnızca DNA’da gözlenen kusurların nedenlerinin araştırılması değil aynı zamanda araya girme (intercalation) mekanizmasıyla gerçekleştirilecek DNA modifikasyonunu esas alan biyoteknoloji uygulamalarına da rehberlik edecek verilerin elde edilecek olması proje önerimizin özgün değerini artırmaktadır.

ÖZGÜN DEĞER Varlığını bu yıl ortaya koyduğumuz (§4. Bölüm, [11]. kaynak) hidrojen köprülü kelat halkası yardımlı π-istif etkileşimlerinin rezonans yardımlı hidrojen bağına sahip moleküllerde gözleneceği düşüncesinden hareketle proje kapsamında dikkatimizi iki alana yoğunlaştıracağız. Bunlar

aromatiklik kavramının tanımındaki mevcut sınırlayıcı etkilerden arındırılarak genişletilmesi ve böylelikle hidrojen atomu içeren halkalardaki protonlar üzerindeki normalde boş olması beklenen p orbitallerinin aracılık ettiği π-elektron akışıyla kontrol edilen aromatiklik varyasyonlarının incelenmesi ve
bu varyasyonların DNA sicimlerinde ardışık dizilen çeşitli nükleik asit bazlarının istiflenmeleri üzerindeki etkilerinin araştırılmasıdır. Şu ana değin DNA’ya kararlılık kazandıran başat etkileşmelerin sicimlerarası hidrojen bağları, sicimiçi istiflenme ve küçük ölçekli zayıf çapraz hidrojen bağları olduğu düşünülmekteydi. DNA’nın kararlılığında başat rol oynayan hidrojen bağlarıyla aromatik istiflenme etkileşimlerini bir araya getiren bir kararlılık mekanizması şu ana değin literatürde rapor edilmemiştir. Keşfettiğimiz bu yeni etkileşim türü literatürdeki bu boşluğu dolduracaktır. Bu sayede; – DNA’daki mutasyon ya da nükleik asit bazlarının yanlış eşleşmelerinin/dizilimlerinin gerçekleşme süreçleri hakkında doyurucu nicel sonuçlar elde edilebilecektir. – Yalnızca DNA’da gözlenen kusurların nedenlerinin araştırılması değil aynı zamanda araya girme (intercalation) mekanizmasıyla gerçekleştirilecek DNA modifikasyonunu esas alan biyoteknoloji uygulamalarına da rehberlik edecek verilerin elde edilecek olması proje önerimizin özgün değerini artırmaktadır.

4. Düşük Enerjilerde Antinötrino-Elektron Saçılımından, Standart Model Ötesi Yeni Fizik Araştırmaları: Nötrinoların Tensörsel Standart Olmayan Etkileşimleri, Unparticle Fiziği ve Ekstra Z-prime Bozon Modelleri (New Physics Research Beyond the Standard Model: Tensorial Non-Standard Neutrino Interactions, Unparticle Physics and Extra Z-prime Models via Antineutrino-Electron Scattering Channel at Low Energy)

Proje Yürütücüsü: Prof. Dr. Muhammed Deniz

Proje Türü: TÜBİTAK 1001-114F374

Toplam Bütçe: 237.360 TL

Başlangıç Tarihi: 2015

Bitiş Tarihi: 2017

ÖZET

Bu proje kapsamında, kolaborasyon üyesi olduğumuz Taiwan’da bulunan Kuo-Sheng Reaktör Nötrino Laboratuarında (KSNL) TEXONO Deneyi kapsamında yürütülen düşük enerji bölgesinde antinötrino-elektron saçılım kanalı ile yüksek enerji bölgesinde nötrino-elektron saçılım kanalı üzerinden çalışmalar yürüten LSND ve LAMP Deneylerinin verilerinin analizi yapılmış ve bu veriler kullanılarak Standart Model ötesi yeni fizik araştırmaları yürütülmüştür.

ÖZGÜN DEĞER Nötrino-elektron saçılımı karmaşık olmayan basit bir etkileşim kanalı olmasının yanı sıra tamamıyla leptonik olan özel bir zayıf etkileşim sürecidir. Dolayısıyla, bu kanal elektro-zayıf etkileşimin çalışılması için ideal bir araçtır. Bu yüzden, Standart Modelin test edilmesinde önemli bir rol oynar, öyle ki nötrino-elektron saçılımı Standart Model ötesi çeşitli yeni fizik araştırmaları için öncülük yapmaktadır. Yeni fizik çalışmalarının hangi rotada gitmesi gerekliliği konusundaki günümüzdeki kafa karışıklığına, düşük enerjilerde yapılan bu tür deneyler ve analiz çalışmaları ışık tutacaktır. Günümüzde, Standart Model ve ötesi çalışmalarda nötrino fiziğinin ve karanlık madde araştırmalarının popülerliği giderek artmaktadır. Özelde, düşük enerji bölgelerinde Standart Model ötesi yeni fiziğin sinyallerinin araştırılması kritik öneme sahiptir. Bu kapsamda bu proje önerisinde, nötrinoların standart olmayan etkileşimleri, unparticle fiziği ve ekstra Z-prime modellerinin parametrelerinin iyileştirilmesi özelde de literatürde sadece teorik ve fenomenolojik olarak çalışılmış fakat deneysel olarak ölçülmemiş tensörsel nötrinoların standart olmayan etkileşimleri, tensörsel unparticle fiziği gibi yeni fizik araştırma çalışmaları sunulmuştur. Bu projede daha önce deneysel olarak ölçülmemiş, günümüzün popüler yeni fizik konularında olan bazı çalışmalar önerilmektedir. Bu projede önerilen çalışmalar, günümüzde popüler hale gelmiş ve henüz tam olarak sırları çözülememiş konulardaki çalışmalarımızı ileriye götürecek, var olan ilişkilerimizi sağlamlaştırarak kalıcı hale gelmesi, ülkemizin bilimsel gelişimine katkı vererek dünyadaki layık olduğu konuma gelmesine özgün katkılarda bulunacaktır.

5. ” LHC CMS Deneyinde Standart Model Hassaslık Ölçümleri, Standart Model Ötesi Fizik ve Süpersimetri(SUSY) Araştırmaları.” (“Standard Model Precision Measurements, Beyond the Standard Model Physics and Supersymmetry (SUSY) Searches at the LHC CMS Experiment.”)

Proje Yürütücüsü: Prof. Dr. Mehmet T. Zeyrek

Proje Türü: TAEK- CERN

Toplam Bütçe: 500.00 TL

Başlangıç Tarihi: 2014

Bitiş Tarihi: 2017

ÖZET

LHC’nin ilk çalışma fazının tamamlanması, yapılan bütün gözlemler ve özellikle 125 GeV civarında Higgs bozunun gözlemlenmesi parçacık fiziğinde Standart Model deneysel hata sınırları içinde doğrulanmıştır. Bu şekilde Standart Model’in geçerliliği içinde Supesimetri ya da başka modellerin olduğu Standart Model ötesi modelleri LEP ve Tevatron limitlerinin çok ötesinde doğrulanmıştır. Ancak modelin TeV skalasının çok daha üzerindeki geçerliliği hala tartışılmaktadır ve doğada Standart Modelin temelinde yeni bir simetrinin bulunabileceği ve bunun da yeni fiziği işaret edebileceği konusunda çalışmalar sürmektedir. Bu projede parçacık fiziği Avrupa stratejisi doğrultusunda grubumuz mevcut ve önümüzdeki dönemde toplanacak LHC verisini kullanarak CMS deneyinde hassas Standart Model ölçümleri; vector bozon + jet ve ileri geri asimetrisi ölçümü, AFB, top kuark içsel özellik ölçümleri ve modelden bağımsız yeni fizik araştırmaları ve Süpersimetri (SUSY) ve kuantum kara delik araştırma çalışmaları yapacaktır. Aynı zamanda LHC’nin ilk veri alımı döneminde başlattığımız bazı teorik çalışmalar sürdürülecek ve LHC verisi ile karşılaştırılacaktır. Bu çalışmalar arasında aparçacık fiziği çalışmaları, little Higgs modellerinin öngörüleri kapsamındaki çalışmalar ve çarmonyum benzeri egzotik durumların araştırılması bulunmaktadır. Bu proje kapsamında CMS detektörünün 2015’de başlayacak yeni veri alımı dönemi için Hadronik Kalorimetre 1. Seviye Tetikleme Simülasyonu geliştirilmesi ve CMS Veri Toplama (DAQ) Nöbet Görevleri de yerine getirilecektir.

ÖZGÜN DEĞER CERN LHC deneyleri, özellikle Higgs bozonunun keşfinden sonra, dünya bilim çevrelerinde son üç yılın adından en fazla söz ettiren projesi olmuştur. Bu keşfin ardından 2013 Nobel Fizik ödülünün Higgs bozonunun varlığını ve kütlenin nedenini açıklayan teoriyi keşfeden Englert ve Higgs’e verilmesinden sonra LHC deneyleri çok önem kazanmıştır. LHC daha on yıllar sürecek çalışmalarıyla bir çok yeni keşif ve sonuca imza atacak potansiyeldedir. Önerdiğimiz bu proje ile LHC deneylerinin ana amaçları doğrultusunda ve uygulamaya konulan stratejilerle tamamen uyumlu olarak CMS deneyindeki çalışmalara bugüne kadar olduğu gibi etkin ve düzenli katılımımız gerçekleştirilecek ve ülkemiz temsil edilecektir. Bu sayede öğrencilerimizin deneysel yüksek enerji fiziği alanında yetkin ve deneyimli bilim adamları olarak yetişmeleri sağlanacak ve ülkemize bilgi transferi ve deneyimler aktarılacaktır. Bu etkileşim CERN üyeliği yolunda önemli bir katkıdır. Katılım ve katkılarımız ile uluslararası işbirliklerimiz güçlenecek ve yeni işbirlikleri kurmak mümkün olabilecektir. Bu proje amaçları ve CMS deneyi kapsamında ulaşılacak yeni sonuçlar tüm bilim camiasının gündemine girebilecek ve parçacık fiziğinin 21. yüzyıldaki araştırmalarında yer tutacak ve geleceğe yönelik çalışmalara da yön verecektir. Bu nedenlerle projenin sonuçlarının bilimsel birikimimize ve deneyimlerimize çok önemli katkıları olacaktır.

Duyurular