1,721,232 research outputs found
Frequency Modulated Raman Spectroscopy
No full textThe coupling of plasmonic and mechanical properties at the nanoscale is of great potential for the development of next generation devices capable to detect weak forces, mass changes, minute displacements and temperature-induced effects. Both the transduction of mechanical motion to the scattered light fields in term of polarization or intensity modulation and plasmon-driven mechanical oscillations have already been demonstrated. Quasi static tunable hot spots have recently been designed and applied to surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS). Here we fabricated a plasmomechanical device, with a plasmonic hot spot modulated at the oscillator eigenfrequency, and demonstrated that the nonlinear modulation of polarization-dependent SERS signal from a synthetic dye can be analyzed with lock-in techniques, thus, realizing frequency modulated Raman spectroscopy
Quantum emitter interacting with graphene coating in the strong-coupling regime
No full textGunay, Mehmet/0000-0001-8820-3520; Karanikolas, Vasilios/0000-0002-4829-8921; Karanikolas, Vasilios/0000-0002-4829-8921; Bek, Alpan/0000-0002-0190-7945; Tasgin, Mehmet Emre/0000-0001-8483-6881; Sahin, Ramazan/0000-0002-9269-1528We demonstrate the strong coupling of a quantum dot and a graphene spherical shell coating it. Our simulations are based on solutions of three-dimensional Maxwell equations, using a boundary element method approach. Interaction between the nanostructures produces sharp hybrid modes, even when the two are off-resonant. the coupling of the light to these "very sharp" plexcitonic resonances is an order of magnitude larger than its coupling to a quantum dot, and they are voltage tunable (continuously) in an 80-meV interval. Hence, our results are very attractive for sensing applications and graphene display technologies with sharper colors. Moreover, on a simple theoretical model, we explain why such sharp highly tunable hybrid resonances emerge.Scientific and Technological Research Council of Turkey (TUBITAK)Turkiye Bilimsel ve Teknolojik Arastirma Kurumu (TUBITAK) [117F118]; TUBITAKTurkiye Bilimsel ve Teknolojik Arastirma Kurumu (TUBITAK) [1001-119F101]This research was supported by the Scientific and Technological Research Council of Turkey (TUBITAK) Grant No. 117F118. M.E.T., A.B., and R.S. acknowledge support from TUBITAK 1001-119F101
Deşik maske kolloidal litografisi ile çeşitli metal nanoyapıların üretilmesi.
Full text linkIn this work, a novel surface nanostructuring technique called hole mask colloidal lithography (HMCL) is investigated and utilized to fabricate large area metal nanostructures with several geometries with photoresist over exposure and over develop as the undercutting method. Some extends of this method has been examined with constant angled deposition of dimer structures. HMCL takes advantage of directional nature of thermal evaporation method for metal deposition through the nanoscale holes that are placed at a controlled distance away from the substrate surface. When an angle is applied between the normal vector of the surface and deposition direction, position of deposited material can be precisely controlled with respect to the hole. Colloidal nanospheres are employed to decorate the the surface with nanoscale holes, which offers fast and convenient large area decoration. What makes HMCL a superior lithography technique is its ability to parallelly fabricate both simple and complex nano geometries on large areas with variable minimum feature sizes and controllable surface coverages. Hole generation is the most crucial part to achieve successful results with HMCL. It has been proposed and successfully employed in this thesis that undercutted holes at a controllable distance away from the surface can be fabricated by using a positive tone photoresist film on the surface as a sacrificial layer. Undercutting of photoresist is achieved by over exposure and over development. Spherical nanoparticles with two sizes (750 and 262 nm) are used to decorate over this resist film to later leave their places to holes. Process steps are investigated and optimized for successful hole generation. Same procedure is found to be applicable to both sizes of holes. The success of the holes are investigated by deposition of dimers, trimers and quadromers on the substrates and examined with optical and electron microscopy. After defining a successful procedure, positional precision examined by fabrication of close and distant dimer disks. Asymmetrical deposition possibilities with dimers are examined next. Three main asymmetrical structure fabrication possibilities are found. Asymmetrical thickness deposition, asymmetrical angled deposition and asymmetries arising from clogging of the holes. Several dimer structures are fabricated with asymmetrical thickness deposition and asymmetrical angle deposition under different conditions to comprehend the extend of asymmetrical possibilities.M.S. - Master of Scienc
YÜZEY ARTIRIMLI RAMAN SAÇILMASI ALTTAŞLARININ LAZERLİ FOTOKİMYASAL YÜZEY İŞLEMEYLE ÜRETİMİ VE KARAKTERİZASYONU
No full textIn this thesis, Surface-Enhanced Raman Spectroscopy (SERS) substrates are fabricated using laser assisted chemical etching of silicon as a surface nanostructuring technique. As a novel method of control over the structuring parameters, the incident laser illumination is spatially modified via a Digital Micromirror Device (DMD) that enable fast and uniform fabrication of complex structures. Onto the photochemically nanostructured silicon surfaces, silver and gold films are deposited by thermal evaporation or nanoparticles are formed to transform the roughened Si surfaces into the SERS substrates. The thickness of Ag and Au on the structured Si is shown to significantly alter the SERS spectra. The increase of the SERS signal is also attributed to the electromagnetic field enhancement that result from the surface roughness of Si which is controlled by the illumination power, duration and the spot size of the laser beam. For the characterization of the SERS substrates, Raman spectra of the dye molecule Brilliant Cresyl Blue (BCB) can be observed down to nM orders. Fabricated substrates are also compared under 660 nm and 532 nm excitations. Nanostructured Si surface with Ag deposition is shown to create more enhancement than Au deposition under 532 nm excitation with an enhancement factor (EF) up to 10^9. EF is calculated and SERS performance is evaluated based on both SERS and dark-field scattering spectra experimentally, and using Finite-Difference Time-Domain (FDTD) simulations, numerically. Further range of applicability of the substrates are investigated by testing with the molecules Crystal Violet (CV), Rhodamine 6G and ammonium nitrate from which large enhancements are obtained.Bu tez çalışmasında, lazer yardımlı fotokimyasal yüzey aşındırma yöntemiyle yapılandırılan kristal silikon yüzeyinden Yüzey Artırımlı Raman Spektroskopisi alttaşları üretilmiştir. Fotokimyasal aşındırmada kompleks yapılarda hızlı ve kesin kontrol sağlayan ve yenilikçi bir yöntem olarak lazer ışığı uzamsal olarak DMD (Dijital Mikroayna Cihazı) ile modüle edilmiştir. Aşındırılmış silikon yüzeyin üstüne plazmonik sıcak noktalar oluşturmak amacıyla termal buharlaştırma yöntemiyle altın ve gümüş filmler kaplanmış, ayrıca altın ve gümüş nanoparçacıklar oluşturulmuştur. Aşındırılmış yüzeyin üstündeki altın ve gümüş film veya parçacık kalınlığının elde edilen Raman sinyalini önemli ölçüde değiştirdiği görülmüştür. Bununla birlikte aşındırılmış yüzeydeki pürüzlülük parametrelerinin de elektromanyetik artırımı önemli ölçüde değiştirdiği ve artırdığı gösterilmiştir. Bu aşındırma parametreleri arasında Raman sinyaline önemli etki edenler lazer ışıma gücü, aydınlatma süresi ve aydınlatılan alanın boyutudur. Elde edilen alttaşların Raman artırımı karakterizasyonu üzerine BCB, CV, R6G ve amonyum nitrat molekülleri damlatılarak yapılmıştır. Raman spektroskopisinde ışıma dalgaboyları olarak 532 nm ve 660 nm kullanılmıştır. BCB'den gelen Raman sinyali nanomolar seviyelere kadar gözlenmiştir. Yapılan deneysel, teorik ve bilgisayarlı hesaplamalara göre artırım faktörü 50 nm gümüş kaplı aşındırılmış silikon yüzey için 10^9 mertebelerine varmaktadır.M.S. - Master of Scienc
Potansiyel fotovoltaik uygulamalar için amorf silisyum filmlerin nanosaniye kızılötesi atımlı lazer yardımıyla kristalizasyonu.
Full text linkLaser processing applied to thin film silicon is a practical tool for fabrication of thin film transistors and solar cells. Application of laser processing technologies to silicon based photovoltaics has been on the rise. Two examples out of plenty are: crystallization of amorphous Si (a-Si) thin films to produce polycrystalline Si (poly-Si) thin films; and quality improvement of poly-Si structures on the silicon wafer surface by laser annealing. Parameters for optimal crystalline silicon fabrication depend on fluence of the laser irradiation and physical conditions of the substrate where the silicon crystallization occurs. These various parameters can change the physical features of the grown poly-Si domains such as size, shape, thickness, orientation, etc. The determination and optimization of these parameters are of importance in fabrication of efficient silicon thin film solar cells. Previous works show that efficiency of the laser crystallized poly-Si solar cells exhibit enhancement of their material qualities. In this thesis, characterization of the laser induced crystallization and optimization of the nanosecond pulsed infrared laser parameters are investigated. Besides, a laser crystallization system is developed for processing a-Si thin films into poly-Si thin films for the purpose of fabrication of crystalline thin film silicon solar cells. Crystalline silicon layers with thicknesses ranging between several hundred nanometers and a micrometer are fabricated by means of the nanosecond pulsed infrared laser. The laser crystallization is performed in air at room temperature and no heating is applied to substrates. Grain sizes of up to several millimeters are found on the surface of the crystallized silicon layers. The produced crystalline silicon films are employed in fabrication of heterojunction p-n diodes and solar cells.Ph.D. - Doctoral Progra
Su arıtımı için lazer yardımlı mikroplastik işleme ve izleme stratejisi geliştirilmesi
No full textIn this study, femtosecond laser irradiation achieved detectable microplastic degradation down to 2 fM concentrations, with a maximum observed decrease of 42% in the original number density, demonstrating the potential of ultrafast laser treatment for highly dilute systems. Microplastic pollution, first reported over five decades ago, continues to escalate and pose serious risks to marine, freshwater, and terrestrial ecosystems. While numerous detection, removal, and decomposition techniques have been explored, each faces limitations, underscoring the need for more effective and broadly applicable solutions. This study investigates laser-induced degradation of microplastics in aqueous environments under controlled laboratory conditions. Polystyrene microspheres suspended in water were used as a model microplastic. Samples were exposed to three laser sources: a visible millisecond-pulsed laser, a near-infrared nanosecond-pulsed laser, and a femtosecond-pulsed infrared laser, chosen to probe wavelength- and intensity-dependent multiphoton absorption phenomena contributing to polymer breakdown. Following treatment, samples were analyzed using an angular-resolved scattering setup to detect morphological or compositional changes. This optical method provides a sensitive approach to monitor structural alterations and ensures consistent measurement through calibrated power control. The results demonstrate the feasibility of using femtosecond lasers for degradation at extremely low concentrations, establish a comparative framework across laser regimes, and support the integration of light-based methods into future environmental remediation strategies.Bu çalışmada, femtosaniye lazer ışınımının mikroplastik konsantrasyonunu tespit edilebildiği kadarıyla 2 fM’a kadar düşürme potansiyeli olduğu gösterilmiştir. Bu değer başlangıç değerinin %42 altıdır. İlk olarak elli yıldan uzun bir süre önce kaydedilmiş olan mikroplastik kirliliği, artmaya devam etmekte ve deniz, tatlı su ve karasal ekosistemler için ciddi riskler oluşturmaktadır. Çok sayıda tespit, giderme ve ayrıştırma tekniği araştırılmış olsa da, her biri daha etkili ve yaygın olarak uygulanabilir çözümlere olan ihtiyacı vurgulayan sınırlamalarla karşı karşıyadır. Bu çalışma, kontrollü laboratuvar koşulları altında sulu ortamlarda mikroplastiklerin lazerle bozunmasını incelemektedir. Suda asılı polistiren mikroküreler, model mikroplastik olarak kullanılmıştır. Numuneler, polimer parçalanmasına katkıda bulunan dalga boyu ve yoğunluğa bağlı çok foton soğurması olayını araştırmak üzere seçilen üç lazer ışınımına maruz bırakılmıştır: görünür milisaniye darbeli lazer, yakın kızılötesi nanosaniye darbeli lazer ve kızılötesi femtosaniye darbeli lazer. İşlemden sonra, numuneler morfoloji veya kompozisyon değişikliklerini tespit etmek için açısal çözünürlüklü bir Mie saçılması düzeneği kullanılarak analiz edilmiştir. Bu optik yöntem, yapısal değişiklikleri izlemek için hassas bir yaklaşım sunmakta ve kalibre edilmiş güç kontrolü sayesinde tutarlı ölçüm sağlamaktadır. Sonuçlar, femtosaniye lazerlerin son derece düşük konsantrasyonlarda bozunma için kullanılabilirliğini ortaya koymuş, lazer rejimleri arasında karşılaştırmalı bir çerçeve oluşturmuş ve ışık tabanlı yöntemlerin gelecekteki çevre iyileştirme stratejilerine entegrasyonunu desteklemiştir.M.S. - Master of Scienc
Optik potansiyel altında kahve halkası etkisinin bastırılması.
No full textDrying a liquid (e.g. water) drop containing uniformly dispersed microscopic particles results in the particles’ migration towards the edges of the drop; after the drop evaporates the suspended particles remain concentrated around the original drop edge. This so-called “coffee-ring” effect does not depend on the nature of the solvent or the solute; thus it is ubiquitous in nature and challenging to avoid. However, in many applications such as inkjet printing, coating and many other biological processes, there is need to suppress and control the coffee-ring effect due to the requirement of uniform deposition of the suspended particles. Such approaches include changing the shape of the particulate suspension, using acoustic waves, or adding hydrosoluble polymer during the evaporation. In this work, we investigate the evaporation of liquid droplets containing passive and active particles under random optical potentials. In particular, we experimentally show that while drops of a suspension of 3 µm diameter polystyrene particles show typical coffee-ring when no opticalpotentials are applied, they form uniform distribution, suppressing the coffee-ring formation when a random optical potential is present.M.S. - Master of Scienc
Yüksek ve Düşük Uzaysal Frekanslı Yapıların Silisyumda Tekdüze Olarak Yüzey Altına, Üstüne veya Arkasına Lazerle Yazılması ve Yüzey Artırımlı Raman Spektroskopisine Uygulanması
No full textMaterial processing techniques with ultrafast lasers have been studied in recent decades. Controlling the surface morphology of processed area of the material has several benefits on nano and semiconductor technology. Processing materials with an ultrafast laser generates periodic structures under the diffraction limits, which is called Laser Induced Periodic Surface Structuring (LIPSS). The structures are formed sub/on the surface of the material. The structure formation depends on the laser wavelength, processing speed, polarization direction of the incident beam, and the fluence on the processing spot. In this thesis, two ultrafast laser sources, having 1550 nm and 1032 nm central wavelength, were used for structuring c-Si substrate to create high spatial frequency LIPSS (HSFL) and low spatial frequency LIPSS (LSFL). Direct laser writing technique was implemented into two different configurations, which are focusing the beam on the vicinity of the front surface of c-Si and focusing the beam to back surface of c-Si, coated by metal (Au, Ag or Cr). In both techniques, HSFL structures having different periods and orientations, were generated. The potential usage HSFL structures for Surface Enhanced Raman Spectroscopy was also studied for detecting molecules up to 1E-12 M.Son yıllarda ultra hızlı atımlı lazerlerle malzeme işleme teknikleri çalışılmaya başlanmıştır. İşlenen bölgenin yüzey morfolojisinin yapısını kontrol edebilmenin nano teknoloji ve yarı iletken teknolojilerinde çeşitli avantajları bulunmaktadır. Ultra hızlı atımlı lazerlerle malzemelerin işlenmesi sonucunda yüzeyde kırınım sınırlarının altında periyodik yapılar üretilmektedir. Bu yapılara lazerle indirgenmiş periyodik yüzey yapıları (LIPSS) denmektedir. Bu yapılar yüzeyin altında/üzerinde oluşabilmektedir. Yapıların oluşması lazer dalga boyu, işleme hızı, gelen ışık huzmesinin polarizasyonu ve odaktaki akı miktarına bağlıdır. Bu tezde doğrudan lazer ile yazma tekniği ile 1550 nm veya 1032 nm ultra hızlı atımlı lazer kaynağı kullanarak kristal silikon alt taşına LIPSS yapıları yüksek uzamsal frekans LIPSS (HSFL) ve düşük uzamsal frekans LIPSS (LSFL) oluşturulmuştur. Doğrudan lazer ile yazma tekniği iki farklı konfigürasyonda uygulanmıştır. Bunların ilki ışının c-Si’nin ön yüzeyinin yakınına odaklama ve ikincisi de c-Si’nin arka yüzeyine metal kaplayıp (Au, Ag, veya Cr) kaplanmış arka yüzeye ışını odaklamaktır. İki yöntemle de HSFL yapıları oluşturuldu ve bu yapıların periyotları ve oluşma yönleri farklıdır. Yüzey Geliştirilmiş Raman Spektroskopisi için HSFL yapılarının potansiyel kullanımı da 1E-12 M ye kadar olan moleküllerin tespiti için incelenmiştir.Ph.D. - Doctoral ProgramTUBITAK 118F13
Lazerle Periyodik Yüzey Yapılandırması ile elde edilen plazmonik nano-kırınım ağlarının Yüzey Artırımlı Raman Spektroskopisi
No full textThe research conducted in this study presents a novel method of generating highly sensitive Surface Enhanced Raman Spectroscopy (SERS) substrates by femtosecond laser writing techniques. Two different types of periodicity regimes are introduced by femtosecond laser-based nano-structuring of crystalline Silicon (Si) and generated patterns are classified as Low Spatial Frequency LIPSS (LSFL) and High Spatial Frequency LIPSS (HSFL). Quasi periodic, self-organized femtosecond laser written periodic nanostructures can embody required plasmonic gap distance, roughness and randomness to accommodate high hotspot density and enhancement factor of SERS. Silver (Ag) deposited nanoripples with different periodicity regimes exhibit state of art SERS enhancement factor as high as 10^9 with 10^-11 M limit of detection for Crystal Violet (CV) molecule. Enhancement factor dependence of the SERS substrates is investigated at Raman excitation wavelength 532, 660 and 785 nm. Raman enhancement factor simulations for all excitation wavelengths are performed by Finite Elements Method (FEM) based Maxwell solver by using COMSOL Multiphysics. Enhancement factor results obtained by measured SERS spectra and electric field enhancement simulations exhibit good agreement between them. A major advantage introduced by femtosecond laser-based SERS substrates is accurate and flexible control of processed region without restricting processing over large areas compared to well established top-down approaches such as nanoimprint lithography, electron beam lithography, chemical plasma etching. Fs-nanoripple generation do not require multiple processing steps like in nanoimprint lithography including stamp production of nanostructures, pattern transfer and peeling off. On the contrary of chemically synthesized and aggregated nanoparticle colloids, metal deposited quasi-periodic nanoripples offer reproducibility of obtained SERS signal over large areas and chemical stability for SERS aging measurements.Bu çalışma yüksek hassaslıkta çalışan Yüzey Artırımlı Raman Spektroskopi (YARS) örneklerinin femtosaniye lazer işleme teknikleri ile üretilmesini ele almaktadır. Silikon yüzeyin femtosaniye lazer kaynaklı nano yapılandırılmasıyla iki farklı periyodik rejimde yüzey yapısı üretilmiş ve Düşük Uzamsal Frekanslı Periyodik Yüzey Yapısı (DUFPY) ve Yüksek Uzamsal Frekanslı Periyodik Yüzey Yapısı (YUFPY) olarak sınıflandırılmıştır. YARS örneğinde yüksek elektrik alan artırımına sahip faal nokta yoğunluğunun artışı ve artırım faktörü (AF) değerinin yükselmesi için gereken plazmonik aralık mesafesi, pürüzlülük femtosaniye lazer ile oluşturulmuş kısmi periyodik, öz-organize yüzeyler ile sağlanır. İki farklı periyottaki gümüş kaplanmış nano dalgacıklı yapılar ile Crystal Violet (CV) molekülü için literatürdeki son model artırım faktörü değerine 10^9 ve tespit kapasitesi limitine (TKL) 10^−11 M ulaşılmıştır. Artırım faktörü değeri üç ayrı Raman uyarım dalga boyunda 532, 660 ve 785 nm için deney ve simülasyon sonuçlarıyla incelenmiştir ve bu sonuçlar kendi arasında tutarlıdır. Femtosaniye lazer ile yapılandırılmış YARS örneklerinde öne çıkan en büyük avantaj kontrollü ve yüksek hassasiyetli yapılandırmanın diğer yüksek maliyetli yapılandırma tekniklerine kıyasla geniş yüzey alanlarında da gerçekleştirilebilir olmasıdır.M.S. - Master of ScienceTÜBİTAK grant number 119N413TÜBİTAK grant number 119F10
Plazmonik Tepkinin Hassas Ayarlanması ile Plazmon-Destekli Fotonik
No full textPlasmonic interactions have found extensive applications in both industrial and fundamental scientific domains owing to scattering, absorption, and electric field enhancement properties of metal nano-structures. The oscillation of metal’s free electrons, driven by the light’s field, results highly geometry-dependent optical response with resonances at specific frequency bands. Tuning the plasmonic response for specific applications requires computer-aided simulations guiding the fabrications. In fact, recent advancements of nano-photonics owe to three collaborative efforts in fabrication, measurements, and simulations. In this thesis, hole mask lithography was chosen as the nano-fabrication method due to its large area compatibility and diverse geometrical potential. This method had successfully used for fabrication of both simple and complex geometries of nano-structures. Innovative approaches to control the surface distribution of nanostructures have been proposed, experimentally explored and yielded promising discussions. Experimental measurements are repeatedly modelled with computational tools. The simulation credibility improved when matching results are obtained from two different computational method, boundary element method and finite element method. Plasmonic coupling is explored with Surface Enhanced Raman Scattering measurements of dimer disc fabrications with varied gap distances, indicating fields intensify at smaller interparticle gaps. A model is invented for quantitation of the plasmonic influence on the efficiency of nano-structure decorated photovoltaics. The model is used for quantitative comparison of various nano-geometries and materials at various physical surface coverages.Plazmonik etkileşimler metal nano-yapıların saçılma, emilim ve elektrik alanını artırma özellikleri sayesinde endüstriyel ve temel bilimsel alanlarda geniş kullanım alanı bulmaktadır. Işığın alanı tarafından sürülen serbest metal elektronlarının salınımı, belirli frekans bantlarında rezonansların meydana geldiği, geometriye güçlü-bağlı optik bir tepki oluşturur. Plazmonik tepkinin belirli uygulamalar için ayarlanması, üretimleri yönlendiren bilgisayar destekli simülasyonları gerektirmektedir. Nano-fotonik alanındaki yeni gelişmeler, üretim, ölçüm ve simülasyon alanlarında üçlü iş birliğine dayanmaktadır. Tez çalışmalarında nano-üretim yöntemi olarak deşik maske litografisi seçilmiştir, bu yöntem geniş alanlara uygulanabilir olması ve yüksek geometrik çeşitlilikte nano-yapı üretimine olanak vermesi ile öne çıkmaktadır. Bu yöntem kullanılarak çeşitli basit ve karmaşık nano-yapıların üretimi yapılmış, yapıların yüzey dağılımı kontrolü için yenilikçi fikirler test edilmiş umut vadeden değerlendirmeler elde edilmiştir. Optik Ölçümler tekrarlı olarak simülasyon araçlarında modellenmiştir. Sonlu eleman yöntemi ile sınır eleman yöntemi hesaplamalarda kullanılarak, iki farklı yöntemle aynı sonuçların elde edilmesi hesaplamaların güvenilirliğini artırmıştır. Plazmonik kenetlenme farklı aralıklarda ikili disk yapıların üretimleri kullanılarak yüzey artırımlı Raman spektroskopisi kullanılarak incelenmiş, küçülen aralıklarda alan yoğunlaşması gözlenmiştir. Plazmonik nano-yapılarla dekore edilmiş fotovoltaik sistem uygulamalarında herhangi yapı geometrisi ve yüzey doluluğu için plazmonik yapıların etkisinin sayısal olarak değerlendirebilmesini sağlayan bir model geliştirilerek, çeşitli nano-yapıların fotovoltaik verimliliğine etkisi sayısal olarak incelenmiştir.Ph.D. - Doctoral ProgramTUBİTA
- …
