Malzeme bilimi, malzemelerin özelliklerini, yapılarını ve davranışlarını inceleyen ve yeni malzeme türlerini araştıran, canlı ya da cansız kökenli doğal ya da yapay hammaddelerden, seramik, polimer benzeri ve metal mühendislik malzemelerinin üretimini, bu malzemelerin davranışlarını, yapı, özellik ve işlenebilirliğini inceleyen ve çeşitli sanayi dallarında kullanımlarını gerçekleştiren bilim dalıdır. Günümüzde teknolojinin ilerlemesi ve birçok teknolojik ürünün üretilmesi ve üretilen ürünlerin dayanıklı, hafif, ucuz olması malzemelerin yapısının belirlenmesiyle mümkündür. Buda malzeme fiziğini günümüz dünyasında çok önemli bir konuma getirmiştir. Kompozit malzemelerin oluşturulması, bunların yapısal özelliklerinin teorik ve deneysel olarak belirlenmesi çok güncel bir çalışma alanıdır. İleri malzemelerin bilimsel olarak çalışılması ve teknolojiye uygulanması ülkemizin ihtiyaç duyduğu öncelikli konular arasındadır.

 

Bölümümüzde, bilgisayar ortamında oluşturulan ve özellikleri belirlenen malzemelerin deneysel olarak yapılan çalışmalara hem yol göstermesi hem de desteklenmesi düşünülmektedir. Bunların yanında deneysel olarak özelliklerinin belirlenmesi şuan ki teknolojiyle mümkün olmayan malzemelerinde özelliklerinin belirlenmesini sağlamakta ve bunları oluşturmayı sağlayacak teknolojiye ışık tutmaktadır.

Özellikle yapısal uygulamalar için üzerinde çalışılan çinko bazlı yarıiletken malzemelerin teknolojinin ihtiyaç duyduğu birçok alanda uygulamaları mevcuttur. Üstün özellikli malzemeler üretilmesi için malzemelerin özelliklerini belirleyen faktörler geniş yönlü araştırılmaktadır. Yeni ileri malzemelerin tasarlanması ve üretilmesi teori-simülasyon ve deneysel çalışmalarının birlikte yürütülmesini gerektirmektedir. Geniş bant aralıklı yarıiletken malzemeler sanayi ve çeşitli ileri teknoloji uygulamalarında çok kullanışlıdır. Sensörler, güneş pilleri, lazerler, elektronik gösterge panelleri, yüksek yoğunluklu optiksel bellekler, bilgisayarlar, cep telefonları ve daha saymadığımız birçok ürün geniş bant aralıklı yarıiletkenlerden yapılmaktadır. Fakat yarıiletken malzemelerin büyük kristallerinin üretimi kritik büyütme şartlarından dolayı büyük problem teşkil etmektedir. Bu durumda hızlı gelişen bilgisayar teknolojisi ve yoğunluk fonksiyonel teorisi (DFT), malzemelerin çeşitli özelliklerindeki başlangıç prensibi hesapları bu problemleri çözmeyi mümkün kılar. Uygun basınç altında bu yarıiletken malzemelerin kristalleri farklı fazlarda olmaktadır. Kısaca bir basınç uygulandığında faz değiştirirler. Bu polimorfik yapısal değişim, araştırmacılara malzemenin nano yapısında birçok problemi inceleme fırsatı verir. Bu sayede incelenen malzemenin yapısal, mekanik, elektronik ve optik özellikleri belirlenir. Bütün hesaplamalarda geometri ve atomik optimizasyon yapılarak fiziksel ve elektronik özellikler belirlenmektedir.

Organik malzeme olarak, biyolojik hücre membranları modeli için dipalmitoylphosphatidyl choline (DPPC),  dipalmitoylphosphatidyl glycerol (DPPG) gibi fosfolipid molekülleri, ilaç ve çeşitli gıda etken maddeleri kullanılmaktadır. Simülasyon çalışmaları membran özelliklerinin incelenmesinde önemli bir role sahiptir. Biyolojik membranlar çok sayıda fosfolipidden oluşan, yapı ve dinamik özellikleri açısından karmaşık yapılar oldukları için pek çok deneysel ve simülasyon çalışması tek veya birden çok fosfolipidden oluşan model membranlar ile yapılmaktadır. Spektroskopik ve kalorimetrik teknikler gibi deneysel metotlar biyolojik membranların yapılarının ve özelliklerinin incelenmesinde ve ayrıca biyolojik membranların ilaç, antioksidan ve gıda etken maddeleri gibi farklı moleküllerle etkileşmelerinin incelenmesinde önemli rol oynamaktadır.

Lipid membranlarının yapı ve dinamik özelliklerinin çalışılmasında deneysel metotlara ek olarak simülasyon ve teorik modelleme metotları da oldukça yaygın olarak kullanılmaktadır. Simülasyon çalışmalarında da model membranlar olarak lipid çift tabakalar kullanılır. Moleküler Dinamik Simülasyon metodu kullanılarak fosfolipit membranların dinamik, yapısal ve oluşum özelliklerinin incelenmesi ve ayrıca lipid membranların farklı moleküllerle moleküler seviyedeki etkileşimlerinin incelenmesi de mümkün olabilmektedir. Moleküler Dinamik Simülasyon metodu membran yapısını atomik skalada incelemeye izin vererek deneysel çalışmaların yorumlanmasına da yardımcı olmaktadır.
Hesaplamalı Malzeme Fiziği  dalında çalışan araştırmacılar:

Bilgi için Nadide Kazancı, Metin Bilge ve İpek Şahin ile iletişime geçiniz.