Altan H. (Yürütücü), Şahin A., Berberoğlu H.
-
Proje Türü:
TÜBİTAK Projesi
-
Proje Grubu:
Temel Bilimler
-
Projenin Yürütüldüğü Birim:
Fen Edebiyat Fakültesi
-
Başlangıç Tarihi:
Kasım 2025
-
Bitiş Tarihi:
Kasım 2027
Özet
Farklı malzemelerden elde edilen nanopartiküller, elde edildikleri kütle malzemelere kıyasla çok farklı özellikler
sergileyebilir. Metal, yarı-metal ve polimer tabanlı nanopartiküller, günümüzde birçok farklı uygulama alanında
kullanılmaktadır. Bu partiküller, serbest veya gömülü ortamlarda olağan dışı elektronik, optik, termal ve mekanik
özellikleri sayesinde aktif olarak araştırılmaktadır. Küre gibi düzenli yapılara sahip nanopartiküller, çaplarına ve yapısal
katsayılarına bağlı olarak farklı mekanik titreşimler gösterebilir. İlk olarak yaklaşık 150 yıl önce matematiksel olarak
formüle edilen küre titreşim modları, günümüzde nano ölçeklerde elde edilen yapıların serbest uzay ortamlarındaki
titreşim frekanslarını hesaplamak için hâlâ kullanılmaktadır. Benzer esneklik katsayılarına sahip malzemelerde, örneğin
metal nanoparçacıklarda, 100 nm'den küçük partikül çapları için hesaplanan titreşim frekansları gigahertz ile terahertz
frekans aralığına düşmektedir. Özellikle kuadrupol modunun ışınla indüklenmesi, son yıllarda birçok yeni uygulama
alanının ortaya çıkmasına sebep olmuştur. Bunların en önemlilerinden biri, sıvı gibi gömülü ortamlarda nanopartiküller
arasındaki etkileşimlerin ve partiküllerin çevreleriyle olan etkileşimlerinin izlenmesidir. Son yıllarda, bu fenomen
sayesinde virüsler, bakteriler ve proteinler gibi nanometrik boyutlardaki yapıların sıvı ortamlardaki akustik etkileşimleri,
tanı ve tespit uygulamaları için yoğun bir şekilde araştırılmaktadır. Ancak, çevre ortamın etkileri ve farklı partiküllerin
etkileşimleri gibi faktörler nedeniyle, bu tür titreşimlerin sayısal hesaplamalarını yapmak bile zordur. Bu nedenle,
nanopartiküllerin titreşimlerinin izlenmesi için ışık temelli ölçüm sistemlerinin geliştirilmesi önemli bir araştırma alanı
olarak öne çıkmaktadır. Görünür/kızılötesi dalga boylarında geliştirilen tekniklerin en büyük zorluğu, akustik etkileşimler
nedeniyle saçılan ışığın frekans kaymalarının tespitinin son derece zor olmasıdır, çünkü merkez ışık frekansı, titreşim
frekansından çok daha yüksektir. Titreşim frekanslarına daha yakın bir ölçüm tekniği ile akustik etkiler çok daha hassas
bir şekilde izlenebilir. Terahertz frekans aralığı, elektronik ve fotonik alanlar arasında bir geçiş bölgesi olarak
düşünülebilir ve güçlü ışık kaynaklarının olmamasına rağmen, bu ışınların nanopartiküllerle etkileşimlerini artıracak
metodolojiler geliştirilerek son derece hassas ölçümler yapılabilir. Bu proje kapsamında, yüksek çözünürlüklü, 0.1-1.2
THz frekans aralığında ayarlanabilir sürekli ışıma yapan terahertz spektroskopi sistemi kullanılarak nanopartikül
çözüntülerinin foto-uyarı altında titreşim modlarının karakterize edilmesi ve yüksek kalite faktörüne sahip, ızgara destekli
mikro kovuk yapısının geliştirilmesi hedeflenmektedir. Geliştirilen mikro kovuk yapısı, haznedeki numunenin foto-uyarı
öncesi ve sonrası kompleks kırılma indisi farklarını, nanopartikül katkılanmış sıvıların kırılma indisi değişimlerine göre
optimize edilmiş yüksek Q-faktörlü (Q>1000) THz rezonanslar aracılığıyla takip etmeyi mümkün kılacaktır. Geliştirilen
yapı ve metodoloji, sıvı ortamlarında birçok farklı nanopartikül içeren titreşimleri yüksek hassasiyetle (en az 250
GHz/RIU) karakterize etmeye yardımcı olacaktır. Özgün tasarıma sahip mikro kovuk yapıları, temiz alan
mikrofabrikasyon teknikleri ve ileri lazer cam malzeme işleme yöntemleri kullanılarak geliştirilecektir. Bu çalışmalar,
özellikle sıvı ortamlardaki nanopartikül titreşimlerini izlerken ortamın dielektrik sabitinin nasıl etkilendiğini açıklığa
kavuşturacak ve nanopartikül konsantrasyonuna bağlı olarak ortamda meydana gelen enerji etkileşimlerinin nasıl
geliştiği hakkında bilgi verecektir. Burada önerilen spektroskopi yöntemi, literatürde daha önce gösterilmemiştir. Foto
uyarı durumu, nanopartikül titreşim modları ve ızgara destekli mikro kovuk yapısından kaynaklanan yüksek Q-faktörlü
rezonans etkilerinin birleşimi sonucu tamamen yeni bir sensör çalışması hedeflenmektedir. Bu açıdan bakıldığında,
proje önerisi bu noktada büyük bir önem kazanmaktadır. Bu çalışma, sağlık uygulamalarında tanı/teşhis cihazlarının
gelişmesine öncülük edecek ve yeni stratejilerin geliştirilmesine zemin hazırlayacaktır. Planlanan bu çalışmalar hem
ülkemizde hem de uluslararası camiada büyük ilgi görecektir.