Ảnh hưởng tham số cấu trúc lên độ tổn hao điện từ vật liệu có chiết suất âm Tổng quan Vì tính chất độc đáo khả ứng dụng to lớn vật liệu MMs, gần đây, tạp chí Materials Today xếp vật liệu MMs vào 10 lĩnh vực có tác động mạnh mẽ làm thay đổi khoa học giới 50 năm trở lại Thực tế, số lượng nhà khoa học nghiên cứu vật liệu MMs số lượng công trình nghiên cứu khoa học công bố liên quan đến vật liệu tăng đột biến 10 năm sau thí nghiệm kiểm chứng tồn vật liệu có chiết suất âm Smith cộng sự, tính đến thời điểm số lượng nghiên cứu metamaterial lên đến khoảng gần 10.000 công trình số đăng tạp chí Science Nature khoảng 100, với tài trợ từ Quỹ khoa học công nghệ quốc gia nước đặc biệt nhiều dự án, đề tài tài trợ từ công ty thiết bị điện tử: Lockheed Martin, Alta Devices, Aonex Corporation…, mà đặc biệt từ NASA, Naval Air Systems, Seventh Framework Programme vvv Cho đến thời điểm hiểu biết vật liệu MMs chứng minh lý thuyết mà thực nghiệm cách độc lập nhiều nhóm khoa học giới Một số phòng thí nghiệm giới chế tạo thành công vật liệu MMs hoạt động dải tần số khác từ GHz tới vùng ánh sáng nhìn thấy Những nghiên cứu vật liệu MMs ngày nhiều ảnh hưởng to lớn khoa học giới khó tưởng tượng Để khai thác khả ứng dụng tính chất đặt biệt vật liệu này, nhà khoa học giới ngày tập trung nghiên cứu cách mạnh mẽ Mục đích nhà khoa học sớm đưa vật liệu MMs vào ứng dụng thực tế thiết bị hoạt động vùng tần số sóng điện từ đồng thời thúc đẩy việc chế tạo vật liệu hoạt động tần số cao phục vụ cho ứng dụng quang học Tuy nhiên, trước đưa vật liệu vào ứng dụng rộng rãi, tồn đọng nhiều vấn đề cần giải cách thỏa đáng Một vấn đề việc tìm kiếm cấu trúc đơn giản, đối xứng hợp lý để thu vật liệu có độ tổn hao thấp dễ dàng cho việc chế tạo vật liệu, đặc biệt vật liệu MMs hoạt động vùng tần số cao Đây vấn đề then chốt lĩnh vực nghiên cứu nội dung mà đề tài tập trung nghiên cứu Ngoài việc tìm kiếm vật liệu MMs có độ tổn hao thấp, hay việc điều khiển tính chất vật liệu tác động ngoại vi (quang, nhiệt, điện, từ…) nhà khoa học quan tâm cách sâu sắc Tính cấp thiết Gần vật liệu có chiết suất âm (metamaterieals-MMs) nhà khoa học quan tâm nghiên cứu cách mạnh mẽ tính chất vật lý kỳ diệu khả ứng dụng to lớn loại vật liệu MMs cho phép điều khiển biên độ tần số mode sóng điện từ trình truyền sóng chặn sóng, điều mà trước khó thực vật liệu sẵn có Sự linh hoạt làm cho vật liệu trở nên quan trọng lĩnh vực thông tin, cảm ứng, thiết bị quang học Sự thú vị thực vật liệu MMs nằm khả điều khiển sóng điện từ hay tính chất quang vật liệu phục vụ cho hàng loạt ứng dụng thực tế Ví dụ: siêu thấu kính đề suất Pendry, “áo khoác tàng hình”, angten… Để biến khả ứng dụng vật liệu MMs thành ứng dụng thực tế, nhiều vấn đề cần làm rõ nghiên cứu cách thỏa đáng Trước tiên cách để chế tạo vật liệu cách đơn giản, dễ dàng có tính đối xứng cao, đặc biệt vùng tần số cao Tiếp theo liên quan đến việc giảm tiêu hao vật liệu mở rộng vùng tần số hoạt động vật liệu, hay việc điều khiển tính chất vật liệu tác động ngoại vi ( quang, nhiệt , điện, từ…) nhà khoa học quan tâm sâu sắc Khuôn khổ đề tài nghiên cứu tập trung nghiên cứu tương tác vật liệu MMS với sóng điện từ tần số microwave, cụ thể tập trung giải vấn đề sau: Nghiên cứu chất vật lý tổn hao điện từ vật liệu MMs đưa giải pháp làm giảm tổn hao vật liệu Thiết kế chế tạo vật liệu MMS hoạt động vùng tần số GHz có độ tổn hao thấp làm việc vùng tần số Rada Mục tiêu Xây dựng phần mềm tính toán ma trận truyền qua để nghiên cứu tương tác vật liệu có chiết suất âm với sóng điện từ Làm rõ chất tổn hao điện từ vật liệu metamataerials đưa giải pháp làm giảm tổn hao điện từ vật liệu trình hoạt động 3.Thiết kế chế tạo vật liệu metamaterials hoạt động tần số GHz có độ tổn hao thấp Nội dung Nội dung nghiên cứu: - Nghiên cứu phát triển phần mềm tính toán ma trận truyền qua để mô đặc tính lan truyền sóng điện từ vật liệu; - Nghiên cứu ảnh hưởng hình dạng tham số cấu trúc lên tính chất vật liệu; - Thiết kế mô tương tác sóng điện từ với vật liệu metamaterials; - Nghiên cứu chất tổn hao điện từ vật liệu metamaterials tìm giải pháp để giảm tổn hao điện từ vật liệu trình hoạt động; - Chế tạo vật liệu metamaterials hoạt động vùng tần số GHz có độ tổn hao thấp làm việc vùng số Rada; Nghiên cứu tính chất vật lý thông qua phép đo: - Đo đạc tính chất vật liệu qua: phổ truyền qua, phổ phản xạ hay hấp thụ sử dụng hệ thiết bị Vector Network Analyzer Viện Khoa học kỹ thuật Quân Tải file Ảnh hưởng tham số cấu trúc lên độ tổn hao điện từ vật liệu có chiết suất âm PP nghiên cứu Để chế tạo vật liệu MMs sử dụng phương pháp quang khắc, hệ thiết bị xây dựng lắp đặt phòng Vật lý Vật liệu Từ Siêu dẫn, viện Khoa học Vật liệu Để đo đạc tính chất vật liệu phổ truyền qua, phổ phản xạ hay hấp thụ sử dụng hệ thiết bị Vector Network Analyzer Viện Khoa học kỹ thuật Quân Để mô hình hóa tính chất vật liệu, đề tài sử dụng công cụ mô mạnh phần mềm thương mại CST Microwave Studio phần mềm tự xây dựng ma trận truyền qua Phổ truyền qua phổ phản xạ tính toán, kết hợp với kết thực nghiệm, sử dụng để tính toán thông số độ từ thẩm độ điện thẩm dựa phương pháp Chen SVKS Từ đó, tìm số hệ số phẩm chất (figure of merit- FOM) định nghĩa tỉ số phần thực phần ảo chiết suất thông số quan trọng để xác định tổn hao vật liệu MMs Việc giải thích tương tác vật liệu MMs với sóng điện từ tổng quát hóa giải thích cách thỏa đáng dựa mô hình mạch điện LC đưa Zhou cộng Chúng chứng minh áp dụng thành công mô hình thực nghiệm mô Hiệu KTXH A.Các báo đăng tạp chí quốc tế: D T Viet, N T Tung, N T Hien, Y P Lee, B S Tung and V D Lam, Multi-plasmon resonances supporting the negative refractive index in “single – atom” metamaterials, J Non Opt Phys & Mat (JNOPM) Vol 21, No (2012) D T Viet, B S Tung, L V Quynh, N T Hien, V D Lam, N T Tung and Y P Lee, Design, fabrication and characterization of a perfect absorber using simple cut-wire metamaterials, Adv Nat Sci.: Nanosci Nanotechnol (2013) B.Các báo đăng tạp chí nước: Nguyen Thi Hien, Bui Son Tung, Bui Xuan Khuyen, Nguyen Van Dung, Do Thanh Viet, Lee YoungPak, Nguyen Thanh Tung and Vu Dinh Lam, Horizontally plasmon hybridization on symmetric-breaking metamaterials, Tạp chí Khoa học công nghệ, Tập 51 số 3, trang 371-377 (tháng – 2013) Vũ Đình Lãm, Bùi Sơn Tùng, Nguyễn Thị Hiền, Lê Văn Hồng, Nguyễn Thanh Tùng, Thiết kế chế tạo siêu vật liệu hoạt động tần số GHz, Tạp chí Khoa học công nghệ, Tập 51 số 2a, trang 148-164 (tháng – 2013) Đỗ Thành Việt, Nguyễn Thị Hiền, Nguyễn Thanh Tùng, Nguyễn Văn Hiếu Vũ Đình Lãm, Nghiên cứu vật liệu hấp thụ hoàn hảo sóng viba sở Metamaterials, Tạp chí Nghiên cứu Khoa học Công nghệ Quân sự, Số đặc san VLKT trang 7-16 (tháng 9-2013) C Các báo cáo hội nghị nước quốc tế Nguyễn Thị Hiền, Nguyễn Thanh Tùng, Bùi Sơn Tùng, Nguyễn Văn Dũng, Bùi Xuân Khuyến, Lý Nguyên Lê Vũ Đình Lãm, Nghiên cứu mở rộng vùng tần số có chiết suất âm dựa sở mô hình lai hóa Plasmon bậc hai, hội nghị Vật lý Chất rắn Khoa học Vật liệu toàn quốc lần thứ (SPMS 2013 – Thái Nguyên 4-6/11/2013) Bùi Xuân Khuyến, Nguyễn Thị Hiền, Bùi Sơn Tùng, Đỗ Thành Việt, Phạm Văn Tưởng, Lý Nguyên Lê, Nguyễn Thanh Tùng Vũ Đình Lãm, Siêu vật liệu có độ từ thẩm âm làm việc dải tần số rộng, hội nghị Vật lý Chất rắn Khoa học Vật liệu toàn quốc lần thứ (SPMS 2013 – Thái Nguyên 46/11/2013) Thi Hien Nguyen , Trong Tuan Nguyen, Thanh Viet Do, Thanh Tung Nguyen, Young Pak Lee and Dinh Lam Vu, A broadband and nearly polarization -insensitive metamaterial absorber using multi-ring structure, The 6th International Workshop on Advanced Materials Science and Nanotechnology (IWAMSN2012) - October 30-November 02, 2012 Ha Long City, Vietnam Việc thực đề tài tạo điều kiện để cán giảng dạy cập nhật với vấn đề khoa học thời giới, tự đào tạo để nâng cao lực nghiên cứu, đặc biệt giúp cho chủ nhiệm đề tài có điều kiện để thực tốt luận án tiến sĩ ĐV sử dụng Trường ĐH Khoa học - Đại học Thái Nguyên