LEE- Fizik Mühendisliği-Yüksek Lisans
Bu koleksiyon için kalıcı URI
Gözat
Son Başvurular
1 - 5 / 23
-
ÖgeNewtonian perturbation theory in cosmology: From inflation to large-scale structure(Graduate School, 2025-01-28)Cosmology is the scientific study of the physical characteristics of the universe, its beginning, development and organization, based on observational outcomes and theoretical foundations. The Lambda-CDM model is currently one of the most popular theories in cosmology. This model of the universe outlines the behavior of the cosmos through the use of dark matter and energy. The cosmological constant (dark energy) is an energy density used to describe the acceleration of the expansion of the universe. From this model, it can be seen that cold dark matter and dark energy contribute greatly to the total mass-energy density of the universe. While dark matter affects the dynamics of galaxies and large-scale structures, dark energy drives the accelerated expansion of the universe. However, ongoing problems led to the formulation of "inflation theory." Inflation theory is a convincing paradigm that solves fundamental questions like the flatness problem and the horizon problem, which ask why the universe appears nearly flat and why distant parts show similar properties. Inflation hypothesis argues that the universe had a rapid expansion during its formative period, which mitigated initial anomalies and established the foundational conditions for the world we observe today. Numerous mathematical models have been introduced to advance inflation theory, including scalar field inflation, Starobinsky inflation, and Higgs inflation, which explain the dynamics of early expansion and the transformation of primordial perturbations into extensive cosmic structures. We also need observational evidence from the early cosmos to prove these theoretical hypotheses. The cosmic microwave background (CMB) and large-scale structure (LSS) are two of the most critical. CMB is described as the conditions immediately after the Big Bang and gives us a perspective on what the early universe was like, while Large Scale Structure (LSS) refers to the general arrangement of galaxies and matter throughout cosmic history. To form these structures one has to consider both the observation of them and the processes by which they are formed. The growth of cosmic structures is mainly due to gravitational collapse, which amplifies small density perturbations in the early universe. This process is also understood by using Newtonian perturbation theory, which is a useful approach to describing how early anisotropies evolve into the large scale structures we see today. The concepts of Jeans length, growth function, transfer function and power spectrum are useful tools to study the evolution of structures and distribution of matter and to generate theoretical data to compare with experimental data. However, the examination of nonlinear evolution show that the creation of xxi structures has a more complex background. Different theoretical instruments have been used to analyze this complicated structure. The spherical collapse model elucidates the evolution of overdense regions into stable entities like galaxies and galaxy clusters, whereas the idea of virialization delineates the equilibrium state of these structures, especially dark matter halos. Moreover, the Press-Schechter theory offers a statistical framework for elucidating the creation of cosmic formations. This theory provides an analytical approach to assess the mass distribution of collapsed entities. The mass function forecasts the probability of structure formation across various masses, whereas biasing delineates the correlation between observable galaxies and the fundamental density field. Comprehending the genesis and evolution of the universe necessitates a comprehensive methodology that integrates theoretical, observational, and statistical analyses. Newtonian perturbation theory is a crucial instrument for examining large-scale structures, with its validity corroborated by empirical evidence and simulations.
-
ÖgeTransition dynamic in the LSCDM model: Implications for bound cosmic structures(Graduate School, 2024-06-27)We explore the predictions of $\Lambda_{\rm s}$CDM, a novel framework suggesting a rapid anti-de Sitter (AdS) to de Sitter (dS) vacua transition in the late Universe, on bound cosmic structures. In its simplest version, $\Lambda_{\rm s}$ abruptly switches sign from negative to positive, attaining its present-day value at a redshift of ${z_\dagger\sim 2}$ i.e., $\Lambda_{\rm s} \equiv \Lambda{\rm sgn}(z_{\dagger}-z)$. We will show that in the case of an abrupt sign-switching cosmological constant, there occurs a type II (sudden) singularity at the transition redshift, $z_{\dagger}$, where the total pressure of the universe diverges to infinity and the total energy density remains constant and finite. To avoid type II singularity, one can ``smooth-out'' the sudden sign-switch and describe it by using sigmoid functions (e.g., $\tanh$, logistic). However, since this correction would introduce an additional parameter ($\sigma$) to the model, we decided to examine the scenario in which the sign change of the cosmological constant is abrupt. This will also allow us to study the behavior of structure formation in the most extreme case without adding an extra parameter to our analysis. We will start our analysis by studying the spherical collapse model for a universe that contains dust (consisting of cold dark matter and baryons) and cosmological constant ($\Lambda$). For this universe, we will derive the equations describing the dynamics of the overdensity as a function of the background universe. Due to the shell crossing---and consequently the breakdown of the homogeneity and isotropy after the turnaround---, one cannot use the Friedmann equations (i.e., spherical collapse model) to describe the dynamics of the overdensity. Thus, we must refer to the semi-Newtonian approach and use the virialization condition to describe its dynamics. In the next step, we will extend our analysis of the spherical collapse model to include $\Lambda_{\rm s}$CDM, by incorporating the sign-switching cosmological constant ($\Lambda_{\rm s}$) into our calculations. To understand this process more clearly, we will separate our discussion into three parts. In the first part, we will study the evolution of the overdensity, if it enters turnaround under the effect of the positive cosmological constant (i.e., $\Lambda_{\rm s} \equiv +\Lambda$). In the second part, we will discuss the dynamics of the overdensity, if it enters turnaround under the effect of the negative cosmological constant (i.e., $\Lambda_{\rm s} \equiv -\Lambda$). In the third and final part, we will discuss the halos that completely virializes before the AdS-dS transition, and study the effect of the type II singularity on the bounded cosmic structures. At a first glance, it's clear that depending on the time of the transition, the overdensity will be effected differently. In summary, we can identify three primary influences which effects the structure formation in the $\Lambda_{\rm s}$CDM model: (i) the negative cosmological constant (AdS) phase for $z > z_\dagger$, (ii) the abrupt transition marked by a type II (sudden) singularity, leading to a sudden increase in the universe's expansion rate at $z=z_\dagger$, and (iii) an increased expansion rate in the late universe under a positive cosmological constant for $z < z_\dagger$, compared to $\Lambda$CDM. We find that the virialization process of cosmic structures, and consequently their matter overdensity, varies depending on whether the AdS-dS transition precedes or follows the turnaround. Specifically, structures virialize with either increased or reduced matter overdensity compared to the Planck/$\Lambda$CDM model, contingent on the timing of the transition. Despite its profound nature, the singularity exerts only relatively weak effects on such systems, thereby reinforcing the model's viability in this context.
-
ÖgeMEMS ile entegre mikro ısıtıcı ve IDE mikro sistemlerin fabrikasyonu ve nano kompozit yarı iletken gaz sensör uygulaması(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2024-08-05)Günümüzde Mikro Elektro Mekanik Sistemler (MEMS) teknolojisi ile mikro ısıtıcı sistemlerin inter dijital elektrotlar (IDE) ile entegrasyonunun geliştirilmesine yönelik ihtiyaç gün be gün artmaktadır. MEMS teknolojisi, mikroskopik ölçekte mekanik ve elektronik bileşenlerin entegrasyonunu içerir. Mikrosistem mühendisliği, elektronik, kimya, biyoloji ve fizik gibi birçok farklı disiplini birleştirir. Bu entegrasyon, daha karmaşık sistemlerin ve uygulamaların geliştirilmesini mümkün kılar. Örneğin, kimyasal algılama için kullanılan sensörler, biyolojik materyallerle birleştirilerek hastalık tespitinde kullanılabilir. Bu tür çok disiplinli çalışmalar, araştırma ve geliştirme süreçlerini zenginleştirir ve bilim ile mühendislik arasındaki sınırları aşarak yenilikçi çözümler üretir. Bu teknoloji, yüksek hassasiyet ve düşük maliyet avantajları ile öne çıkarak, biyomedikal uygulamalar, tüketici elektroniği gibi bir çok alanda kullanılmaktadır. MEMS teknolojisinde kullanılan gaz sensörleri, endüstriyel süreçlerin kontrolü, hava kalitesinin izlenmesi, çevresel güvenlik ve tıbbi teshişler için hayati öneme sahip alanlarda kritik rolller üstlenmektedir. Özellikle, endüstriyel ve çevresel uygulamalarda zararlı gazların tespit edilmesi, halk sağlığı ve güvenliği açısından büyük öneme sahiptir. Bu nedenle, düşük maliyetli, yüksek duyarlılık ve hızlı yanıt süresine sahip gaz sensörlerine duyulan ihtiyaç büyüktür. Bu sensörler biyomedikal uygulamalarda, solunum yolu hastalılarının teşhisinde öneme sahip uçucu organik biyo belirteçlerin (VOC) tespitiden kanser tipine kadar geniş bir kullanım alanına sahiptir. Bu çalışmada tek bir silikon yonganın üzerine ince film biriktirme yöntemlerinde kullanılan; çok katlı foto-litografi, PVD (e-beam), PECVD, elektrokimyasal yöntemler, üst üste entegrasyon, ICP-RIE kuru aşındırma, metalizasyon gibi yöntemler kullanılarak bir çok uygulama alanında kullanılabilir platformlar üretilmiştir. Üretilen platformun çalışıp çalışmadığının kontrolü için gaz sensör uygulaması seçilmiştir. İlgili malzemelerin sentez, katkılama ve platform üzerine kaplanması için hidro termal ve damlatma metodları ile gaz sensörleri üretimi başarılı bir şekilde gerçekleştirilmiştir. Çalışma sonucunda 2.2 mm en ve 4.8 mm boy oranlarına sahip, 300 µm Si-yonga üzerine çok katlı (2 µm SiO2 / 30 nm Ti / 30 nm Au / 600 nm Pt ) mikro ısıtıcı sistemleler üretilerek, 1 dakikada max 417℃ sıcaklığa yükselen platin mikro ısıtıcılar üretilmiştir. Platin mikro ısıtıcıların sıcaklık karakterizasyonları için hem kendi oluşturduğumuz devre hem de termal kamera ile ölçümler yapılmıştır. Ölçüm sonuçlarından, sıcaklık değişimine karşı direnç değişim grafiğinden platin metali için α sabiti 0.00345 ℃-1 olarak hesaplanmıştır. Üst üste biriktirme teknolojisi sayesinde 250 nm kalınlığında Si3N4 pasivasyon malzemesi kullanılarak ve üretilen mikro ısıtıcıların 200℃ ve 400℃ de 2 saat tavlama işlemi gerçekleştirilmiştir. Çok katmanlı xxvi (100 nm Ti / 100 nm Au) IDE'lerin üretimi ve Si3N4 ara katman üzerine entegrasyonu gerçekleştirilmiştir. Bu platform için 4 çıkışlı 2 si mikro ısıtıcı, 2 si IDE sistem çıkışlı bakır PCB'ler üzerine ilk olarak mikro ısıtıcı sistemlerin ısı kaybını önlemek için 2 mm en ve 2 mm boya sahip 300 µm kalınlığında Si-yonga (wafer) takoz kesimi gerçekleştirilip üst üste yapıştırılmıştır, ardından tel bağlama (wire bonder) tekniği ile 25 µm Au teller ile bond işlemleri gerçekleştirilmişitir. Gaz sensör uygulaması için elektro aktif polimer ve metal oksitler kullanılmıştır. PANI, SnO2 malzelemelerin sentez kısımları gerçekleştirilmiş (PANI için emeraldin baz yalıtkan formu HCl ile muamele edilerek iletken hale getirilmiştir) ve ticari olarak satılan ZnO malzemesi ile 1:1 mg ve 1:5 mg gibi farklı oranlarında PANI, PANI / SnO2, PANI / ZnO nano kompozit metal oksit 3 tip gaz sensörleri üretilmiştir. Bu gaz sensörleri ile gaz sensör uygulamasının; endüstriyel süreçlerin kontrolü, hava kalitesinin izlenmesi, çevresel güvenlik için öneme sahip NO2 gazı ve solunum yolu hastalıkları için öneme sahip olan aseton, etanol, nem ve kloroform gazlarının akım-zaman yanıt grafikleri MATLAB kodu geliştirilerek analiz edilmiştir. Tüm sensörlerin saf gazlara karşı ve bu saf gazların %30, %50, %70 neme maruz bırakılmış konsantrasyonları için, oda sıcaklığında ve 55℃ sıcaklıkta ölçümler alınarak bar grafikleri elde edilmiştir. Platin metali için α sabiti 0.00345 ℃-1 olarak hesaplanması çok katmanlı mikro ısıtıcı sistemlerin doğru bir biçimde geliştirildiği, 2 mm – 2 mm (en-boy) oranlarındaki takozların sisteme yapıştırılması ısı kaybını önlemiştir ve max 417℃ sıcaklık elde edilmiştir. Üretilen 3 sensör tipinin çalışır durumda olduğu ölçüm sisteminden alınan verilerin MATLAB analizi ile çalışır durumda olduğu tespit edilmiştir.
-
ÖgeNon-relativistic gravity theories and their relations to multi-metric theories(Graduate School, 2022)Lie algebra expansion is an exciting method to obtain higher dimensional algebras and using this method one can write some interesting non-relativistic gravitational theories beginning from the Poincaré algebra. This method was first developed by Hatsuda and Sakaguchi (2003) and has been used in many other studies. In this work, we will first give a brief introduction to the gauge theories, which are seminal for understanding gravitational theories in depth, especially the algebraic structure of gravitational theories. Note that this is crucial for many gravity theories, such as supergravity. After that, we will study the general aspects of differential geometry shortly. This will give us the main mathematical framework to study gravity as a gauge theory. Thirdly, we will try to understand the theories of gravity, especially general relativity, as a gauge theory. After a simple introduction to the second-order formalism of GR, we will define the first-order formalism and its action. In the last part of this section, we will obtain GR beginning from the Poincaré algebra and by gauging this algebra. At last, we will give the definition of Newton-Cartan theory, its conditions, and its action. We will first show that this theory can be obtained from an algebraic point of view, i.e. by using Lie Algebra Expansion. We will also give the method, which is based on Ekiz et al. (2022), to obtain the same results by contraction of a multi-metric theory.
-
ÖgeSezyum atomik gaz hücresinin yüksek çözünürlüklü spektroskopisi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2024-06-05)Günümüzde, kuantum temelli sensör araştırmaları son derece ilgi çekici ve popüler bir alandır. Alkali metal içeren atomik gaz hücrelerinde yüksek çözünürlüklü lazer spektroskopisi, lazer-atom etkileşimi prensibine dayanan yüksek hassasiyetli atomik manyetometre, atomik jiroskop ve atomik saat gibi çeşitli teknolojilerin temelini oluşturur. Aynı zamanda referans frekansı mikrodalga osilatörleri veya lazerleri stabilize etmek için de kullanılır. Atom ve molekül fiziğinde önemli bir rol oynayan yüksek çözünürlüklü lazer spektroskopisi, modern metrolojide yeni standartların oluşturulmasında öncülük ederken, atomik ve moleküler yapıların detaylı analizine olanak sağlamaktadır. Uluslararası ölçü birim sisteminde zaman birimi olan saniye, Sezyum (Cs-133) atomunun aşırı ince yapısına dayalı tanım içermektedir. Tez kapsamında TÜBİTAK UME Atomik Sensörler Laboratuvarında üretilen sezyum atomik gaz hücresinin yüksek çözünürlüklü spektroskopisi üzerine çalışılmıştır. Sezyum alkali metalinin kullanılmasının birkaç nedeni vardır, ancak en belirgin olanı, dış kabuğunda tek bir değerlik elektronu bulunmasıdır. Bu tez çalışmasında, Cs alkali metalinin 852 nm dalga boyuna denk gelen D2 çizgisinin 6S1/2 - 6P3/2 atomik geçişleri ve Cs atomlarının soğurum spektroskopisi laboratuvarda özel olarak üretilen 10 mm çapındaki atomik gaz hücresi kullanılarak analiz edilmiştir. Bu bağlamda, farklı lazer güçlerinde, polarizasyonlarında ve atomik hücre sıcaklıklarında soğurum spektroskopisi ve atomik rezonanslar incelenmiştir. Böylelikle, spektroskopi tabanlı uygulamalardaki sensör hassasiyetlerini artırmak için Cs atomik gazının D2 enerji geçişindeki soğurum rezonanslarının çizgi genişliği ve genliği gibi parametrelerin yüksek çözünürlüklü spektroskopi teknikleri ile araştırılması yapılmıştır. Tez çalışmasında DBR lazer kullanarak sezyum alkali metali içeren atomik gaz hücresi ile deneysel lazer spektroskopisi çalışması yapılmıştır. Pompa lazer demeti atomik hücreden geçirilerek Doppler etkisi ile genişleyen soğurum spektral rezonansları gözlenmiş ve incelenmiştir (Lineer spektroskopi). Sonrasında pompa lazer demetine karşı gönderilen prob lazer demeti gönderilerek doyum soğurum spektroskopisi tekniğiyle (Lineer olmayan spektroskopi) Doppler genişlemesinin ötesinde sezyum atomunun ince geçiş çizgileri incelemiştir. Dolayısıyla Doppler bağımsız doyum spektroskopisi tekniği kullanılarak lineer spektroskopi yönteminin sınırlarını aşan lineer olmayan spektroskopi olarak isimlendirilen doyum soğurum spektroskopi yöntemiyle sezyum atomunun ince geçiş çizgileri elde edilmiştir. Lineer olmayan yüksek çözünürlüklü spektroskopi, maddeyi atomik ve moleküler seviyelerde incelemek için oldukça etkili bir araçtır. Alt Doppler rezonasların (sub Doppler veya Doppler-free) görüntülenmesi için kurulan deney düzeneği, yüksek çözünürlüklü spektroskopinin bir uygulaması olarak tek bir lazer kaynağından elde edilen aynı frekanstaki, farklı güçlere sahip iki lazer demetinin (pompa ve prob) hücre üzerinde karşıt yönlerde yönlendirilmesiyle kurulmuştur. Güçlü lazer demeti pompa lazer demeti, zayıf lazer demeti ise prob lazer demeti olarak isimlendirilir. Gaz hücresi üzerinde iki lazer demeti birbiriyle karşılaşır. Pompa lazer demeti temel enerji seviyesinde bulunan atomları uyararak bir üst enerji seviyesine taşıyacak kadar güçlü, prob lazer demeti ise rezonans doyumu yapamayacak kadar zayıftır. Soğrulan prob lazeri fotodedektöre düşürülmüştür. Fotodedektörden alınan sinyal ile osiloskop üzerinden soğurum profillerinin görüntülenmesini sağlamıştır. Hücreye gönderilen lazer ışınının frekansı, atomların geçiş frekanslarına eşit olduğunda ve aynı hız grubundaki atomlarla etkileştiklerinde, atomların Maxwell- Boltzman hız dağılımına uygun gelen genişlemiş doppler profili üzerinde rezonans frekanslarında lorentz profiline sahip atomik geçişler görünür. Elde edilen alt doppler rezonanslarının çizgi genişliğini etkileyen başlıca etken parametreler vardır. Bunlar doğal çizgi genişlemesi, doppler genişlemesi, çarpışma etkisi ve güç genişlemesinden oluşmaktadır. Doğal çizgi genişlemesi, atomun uyarılmış enerji seviyesindeki yaşam süresiyle orantılıdır. Doppler genişlemesi, hücre içindeki atomların termal hareketlerinden kaynaklanan hızları nedeniyle soğurduğu radyasyonun frekansını etkiler. Bu etkileşim sonucunda radyasyonun frekansında bir kayma olur ve bu da doppler genişlemesine yol açar. Alt Doppler rezonansının Doppler genişlemesine (𝜑𝑥𝛥𝜔D) genelde prob ve pompa lazer demetlerinin arasındaki açı (𝜑) ve demet parelleliği katkı sağlamaktadır. Çarpışma etkisi, atomlar birbirleriyle etkileşime girdiklerinde itme ve çekme kuvveti genişleme etkisi yaratır. Güç genişlemesi, doğrudan lazerin sahip olduğu ışık şiddetiyle ilgilidir. Gerçekleştirilen deneylerde Sezyum atomunun 852 nm D2 çizgisinin 6S1/2(F=3) 6P3/2(F'=2,3,4) ve 6S1/2(F=4)-6P3/2(F'=3,4,5) atomik geçişlerinde çalışılmıştır. Kurulan iki deney düzeneğinde ölçümler alınmıştır. İlk deney düzeneğinde pompa lazer demetinin farklı güçlerinde, prob lazer demeti düşük güçte sabit tutulmuş ve atomik geçişler üzerindeki etkisi incelenmiştir. Pompa lazer demet gücünün farklı değerlerinde çizgi genişlemesi hesabı yapılmış ve pompa lazer demetinin artan gücüyle çizgi genişliklerinin arttığı gözlenmiştir. Gerçekleştirilen bir diğer ölçüm hücrenin sıcaklığıyla ilgildir. Hücre sıcaklığı belirli değer aralıklarında arttırılarak, prob lazer demetinin hücre içerisindeki atomlar tarafından tamamen soğrulduğu değere kadar ölçüm alınmıştır. Sıcaklık arttırıldıkça atom yoğunluğu arttığı için atomlar arası çarpışma ve etkileşim artmıştır. Dolayısıyla gönderilen prob lazer demeti belli sıcaklık değerinde atomlar tarafından tamamen soğurulmuştur. Son olarak pompa ve probe lazer demetlerinin polarizasyonları değiştirilerek atomik geçişlerin soğurum spekturmları incelenmiştir. Uyarılmış seviyedeki atom yoğunluğu, lazer demetlerinin polarizasyonuna, lazer demetlerinin yoğunluğuna ve hücre sıcaklığına bağlı olarak değişmiştir. İkinci Deney düzeneğinde Sezyum alkali metali bulunan atomik gaz hücresi mu-metal içerisine konulmuştur. Zayıflatılmış manyetik alan altında lazer demetlerinin farklı polarizasyonlarında atomik geçişlerin soğurum spektrumları incelenmiştir. Gerçekleştirilen deneyde pompa ve prob lazer demetleri, eşit güçte olup karşı yönlerde yönlendirilmiştir. Bu lazer demetlerinin polarizasyonları, pompa lazer demeti sağ el dairesel (σ+) ve prob lazer demeti sol el dairesel (σ-) polarizasyon olacak şekilde ayarlanmıştır. Bu düzenleme ile alt Doppler rezonanslar incelenmiştir. Bu şekilde, optik pompalama telafisinin Doppler rezonansları üzerindeki etkisi incelenmiştir. Sürekli ve periyodik olarak enerji seviyeleri arasında etkileşim sağlanmış ve böylece lazer kaynağının gücü arttırıldığında sadece kapalı geçişdeki 6S1/2(F=3)-6P3/2(F'=2) resonans elde edilmiştir. Gerçekleştirilen bir diğer deney, güçlü pompa lazer demeti ve zayıf prob lazer demetinin farklı polarizasyonlar altında atomik geçişler üzerindeki etkisi incelenmiştir. Farklı polarizasyon koşullarında etkileşim özelliklerinin değiştiği gözlemlenmiştir. Atomik tabanlı sensörlerin hassasiyetlerini arttırabilmek için, yapılan deneylerden çıkarılan sonuç, dar çizgi genişliğine sahip rezonanslardan türetilen sinyallerle sensör hassasiyetleri arttırılabilir. Bundan dolayı, atomik rezonanslarının çizgi genişliği ve genliğini etkileyen parametrelerin (lazer ışınım demetlerinin şiddetleri ve polarizasyonları, atomik gazın yoğunluğu ve hücre sıcaklığı) araştırılması çok önemlidir.
- 1 (current)
- 2
- 3
- 4
- 5