Nghiên cứu khả năng điều khiển tần số và biên độ cộng hưởng của vật liệu biến hóa (Metamaterial) (tt)

Nghiên cứu khả năng điều khiển tần số và biên độ cộng hưởng của vật liệu biến hóa (Metamaterial) (tt)Nghiên cứu khả năng điều khiển tần số và biên độ cộng hưởng của vật liệu biến hóa (Metamaterial) (tt)Nghiên cứu khả năng điều khiển tần số và biên độ cộng hưởng của vật liệu biến hóa (Metamaterial) (tt)Nghiên cứu khả năng điều khiển tần số và biên độ cộng hưởng của vật liệu biến hóa (Metamaterial) (tt)Nghiên cứu khả năng điều khiển tần số và biên độ cộng hưởng của vật liệu biến hóa (Metamaterial) (tt)Nghiên cứu khả năng điều khiển tần số và biên độ cộng hưởng của vật liệu biến hóa (Metamaterial) (tt)Nghiên cứu khả năng điều khiển tần số và biên độ cộng hưởng của vật liệu biến hóa (Metamaterial) (tt)Nghiên cứu khả năng điều khiển tần số và biên độ cộng hưởng của vật liệu biến hóa (Metamaterial) (tt)Nghiên cứu khả năng điều khiển tần số và biên độ cộng hưởng của vật liệu biến hóa (Metamaterial) (tt)Nghiên cứu khả năng điều khiển tần số và biên độ cộng hưởng của vật liệu biến hóa (Metamaterial) (tt)Nghiên cứu khả năng điều khiển tần số và biên độ cộng hưởng của vật liệu biến hóa (Metamaterial) (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ PHẠM THỊ TRANG NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ĐIỀU KHIỂN TẦN SỐ VÀ BIÊN ĐỘ CỘNG HƯỞNG CỦA VẬT LIỆU BIẾN HÓA (METAMATERIAL) Chuyên ngành: Vật liệu điện tử Mã số: 62.44.01.23 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU Hà Nội - 2017 Công trình hoàn thành tại: Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Người hướng dẫn khoa học: Phản biện : Phản biện : Phản biện : Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Học viện họp Học viện KHCN vào hồi ngày tháng năm 2017 Có thể tìm hiểu luận án thư viện: (ghi tên thư viện nộp luận án: Thư viện quốc gia, Thư viện Học viện Khoa học Công nghệ, Thư viện Viện….) MỞ ĐẦU Những năm gần đây, cách mạng khoa học công nghệ tìm kiếm nghiên cứu vật liệu diễn sôi toàn giới Việc nghiên cứu tìm loại vật liệu tốt hơn, rẻ thay cho vật liệu truyền thống trở thành nhu cầu cấp thiết Nghiên cứu vật liệu nhằm mục đích tạo vật liệu có tính chất lạ so với vật liệu truyền thống ứng dụng thực tế Vật liệu biến hóa (Metamaterial - MM) vật liệu có cấu trúc nhân tạo hình thành cách xếp quy luật hóa trật tự ô cấu trúc Hình dạng kích thước ô cấu trúc đóng vai trò “nguyên tử” vật liệu truyền thống Tính chất vật liệu biến hóa thay đổi thông qua hình dạng, thành phần trật tự ô cấu trúc Có nhiều hướng nghiên cứu khác vật liệu biến hóa, vật liệu biến hóa hấp thụ tuyệt đối sóng điện từ (MPA) đối tượng quan tâm mạnh mẽ Vật liệu đề xuất chứng minh vào năm 2008 Landy cộng Landy chứng minh vật liệu biến hóa hấp thụ hoàn toàn lượng sóng điện từ không phản xạ Vật liệu biến hóa hấp thụ sóng điện từ có nhiều ưu điểm mỏng, dễ chế tạo, giá rẻ, dễ điều khiển, đặc biệt điều khiển tác động ngoại vi [4] Bằng cách khai thác tính nhân tạo cấu trúc, nhiều cấu trúc MPA đề xuất nghiên cứu với mục đích tìm kiếm cấu trúc đơn giản, có dải tần số làm việc rộng để đưa vào ứng dụng thực tiễn như: thiế t bi ̣khoa ho ̣c, y tế , pin lươ ̣ng và đặc biệt liñ h vực quân sự (thay đổi hướng sóng điện từ, tàng hình ảnh nhiê ̣t, tác chiế n đêm) Ngoài ứng dụng kì diệu rõ ràng kể trên, vật liệu biến hóa tỏ tiềm lĩnh vực khác lọc tần số, cộng hưởng, ăng ten cảm biến sinh học [5] Dựa tính chất thú vị khả ứng dụng đầy triển vọng vật liệu biến hóa thu hút quan tâm nghiên cứu mạnh mẽ nhà khoa học toàn giới Vật liệu biến hóa nói chung hoạt động dựa tính chất cộng hưởng từ cộng hưởng điện từ tương tác với thành phần điện trường E từ trường H sóng điện từ chiếu đến Tuy nhiên tính chất cộng hưởng thường xảy vùng tần số hẹp phụ thuộc vào phân cực sóng điện từ Do trước đưa vật liệu biến hóa vào ứng dụng thực tế cần phải nghiên cứu giải số vấn đề sau: tìm kiếm vật liệu có cấu trúc đơn giản, dễ dàng việc chế tạo, triển khai ứng dụng, không phụ thuộc phân cực sóng điện từ; vật liệu có dải tần số hoạt động rộng hay vật liệu nhận sóng điện từ đẳng hướng quan tâm sâu sắc Trong lĩnh vực vật liệu biến hóa nhóm nghiên cứu Viện Khoa họcVật liệu, NCS Đỗ Thành Việt bảo vệ thành công luận án tiến sĩ vật liệu biến hóa hấp thụ tuyệt đối sóng điện từ vào năm 2015 Luận án TS Đỗ Thành Việt tập trung nghiên cứu tối ưu hóa cấu trúc mở rộng dải tần làm việc vật liệu biến hóa hấp thụ sóng điện từ dựa cấu trúc cặp dây bị cắt cấu trúc đĩa tròn vùng tần số GHz Tuy nhiên cấu trúc mà TS Đỗ Thành Việt nghiên cứu luận án hấp thụ sóng điện từ theo hướng xác định mà không nhận sóng theo hướng ngược lại Trong đó, NCS Nguyễn Thị Hiền bảo vệ thành công luận án tiến sĩ vào đầu năm 2016 vật liệu biến hóa có chiết suất âm Luận án tập trung nghiên cứu khả mở rộng dải tần số làm việc vật liệu chiết suất âm dựa cấu trúc kết hợp cặp dây bị cắt với dây kim loại [6] Tác giả thành công nghiên cứu mở rộng dải tần số làm việc vật liệu chiết suất âm việc sử dụng hiệu ứng lai hóa plasmon Trong hiệu ứng này, tác giả nghiên cứu ảnh hưởng tương tác lớp cấu trúc (tương tác ngoại) lên tính chất vật liệu Trong luận án này, nghiên cứu sinh tập trung vào nghiên cứu hai nội dung là: i) Nghiên cứu mở rộng dải tần hoạt động vật liệu biến hóa cách sử dụng hiệu ứng tương tác nội cấu trúc: cụ thể nghiên cứu ảnh hưởng lớp điện môi, ảnh hưởng tính bất đối xứng cấu trúc lên mở rộng vùng từ thẩm âm vật liệu ii) Nghiên cứu tìm kiếm vật liệu biến hóa có cấu trúc hấp thụ đẳng hướng, không phụ thuộc phân cực sóng điện từ Với lí đó, mục tiêu luận án thiết kế chế tạo vật liệu biến hóa: i) Cấu trúc đơn giản, dải tần số làm việc rộng, ii) Cấu trúc có tính đối xứng cao, hấp thụ đẳng hướng sóng điện từ Đối tượng nghiên cứu luận án vật liệu biến hóa hấp thụ sóng điện từ Phương pháp nghiên cứu: Luận án thực dựa kết hợp phương pháp: xây dựng mô hình vật lý dựa mạch LC kết hợp với mô thực nghiệm Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn luận án: Luận án công trình nghiên cứu khoa học Các nghiên cứu giải vấn đề mở rộng dải tần hoạt động MM với cấu trúc đơn giản, dễ chế tạo Ngoài luận án thành công việc tìm kiếm vật liệu biến hóa có cấu trúc hấp thụ đẳng hướng sóng điện từ, không phụ thuộc phân cực sóng điện từ hoạt động vùng tần số GHz Kết đóng vai trò quan trọng ứng dụng Quốc phòng tàng hình ảnh nhiệt vùng sóng Rada Không vậy, là tiề n đề cho những nghiên cứu tiế p theo ở vùng tần số cao, tiế n tới làm chủ hoàn toàn công nghê ̣thiế t kế chế ta ̣o vâ ̣t liê ̣u biến hóa hoa ̣t đô ̣ng ở vùng hồ ng ngoa ̣i và nhìn thấy, với nhiề u ứng du ̣ng thú vi ̣trong thực tiễn Luận án chia thành chương Chương 1: Tổng quan vật liệu biến hóa Chương 2: Phương pháp nghiên cứu Chương 3: Ảnh hưởng tham số cấu trúc lên độ rộng vùng từ thẩm âm vật liệu biến hóa Chương 4: Vật liệu biến hóa hấp thụ đẳng hướng sóng điện từ Bố cụ luận án: Luận án gồm 117 trang, bao gồm: phần mở đầu, chương nội dung với 86 hình vẽ, kết luận, hướng nghiên cứu tiếp theo, danh sách tài liệu tham khảo, công trình công bố phụ lục Các kết luận án công bố báo tạp chí nước, quốc tế kỷ yếu hội nghị CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẬT LIỆU BIẾN HÓA 1.1 Vật liệu biến hóa 1.1.2 Phân loại vật liệu biến hóa Hai đại lượng đặc trưng để xác định lan truyền sóng điện từ vật liệu độ điện thẩm ɛ độ từ thẩm µ Việc phân loại vật liệu biến hóa dựa giá trị âm hay dương hai đại lượng (hình 1.2) Hình 1.2: Mối liên hệ µ ε Theo sơ đồ hình 1.2, vật liệu biến hóa phân thành loại chính:  Vật liệu có độ điện thẩm âm (electric metamaterial): ɛ <  Vật liệu có độ từ thẩm âm (magnetic metamaterial): µ <  Vật liệu có chiết suất âm (left-handed metamaterial): n <  Vật liệu hấp thụ tuyệt đối sóng điện từ 1.2 Tổng quan vật liệu biến hóa hấp thụ tuyệt đối sóng điện từ 1.2.2 Cơ chế hấp thụ vật liệu biến hóa Cấu trúc MPA thường có ba lớp: (i) lớp cấu trúc tuần hoàn kim loại, (ii) lớp điện môi (iii) kim loại Hiện có hai chế sử dụng rộng rãi để giải thích vai trò lớp cấu trúc MPA 1.2.2.1 Cơ chế hấp thụ dựa phối hợp trở kháng Sóng điện từ tới bề mặt phân cách bị phản xạ, truyền qua, hấp thụ, tán xạ kích thích sóng điện từ bề mặt (surface plasmonic) Các nhà khoa học chứng minh MPA, tần số xảy hấp thụ tán xạ tượng sóng bề mặt không đáng kể [4] Vì vậy, ta tính độ hấp thụ sau: A=1–R–T (1.16) Ở T độ truyền qua, R độ phản xạ, A độ hấp thụ Trường hợp chiếu sóng điện từ vuông góc với mẫu ta có độ phản xạ: z  z0  n R  r z  z0 r  n (1.19) Với Z =  /  trở kháng MPA Z0 =  /  trở kháng môi trường không khí Trường hợp MPA có lớp thứ ba kim loại độ truyền qua T = 0, độ hấp thụ tính bằng: z  z0  n  1 r A=1–R=1– z  z0 r  n (1.20) Vậy ý tưởng để tạo MPA thông qua phối hợp trở kháng vật liệu với môi trường không khí để triệt tiêu phản xạ, đồng thời vật liệu đủ dày độ tổn hao lớn để hấp thụ sóng điện từ trước phản xạ ngược trở lại vào môi trường Chuỗi tuần hoàn cấu trúc phẳng kim loại mặt trước kim loại mặt sau ngăn cách điện môi tạo cộng hưởng từ Khi lượng sóng điện từ chiếu đến tiêu tán lớp kim loại lớp điện môi vật liệu, phần nhỏ lượng sử dụng trì để tạo cộng hưởng từ, nguyên nhân dẫn đến tính chất hấp thụ tuyệt đối vật liệu 1.2.2.2 Cơ chế hấp thụ dựa giao thoa triệt tiêu Lý thuyết giao thoa sóng phủ nhận vai trò cộng hưởng từ Ở hai lớp kim loại vật liệu hấp thụ đóng vai trò mặt phản xạ sóng Lựa chọn vật liệu điện môi có bề dày số điện môi cho sóng phản xạ từ lớp cấu trúc tuần hoàn kim loại chồng chập nhiều phản xạ hai lớp kim loại ngược pha dẫn đến phản xạ triệt tiêu hoàn toàn Ngoài kim loại mặt sau đóng vai trò chặn sóng điện từ đến dẫn đến độ truyền qua không Đó nguyên nhân gây độ hấp thụ lớn [42] Hình 1.15: Mô hình đường truyền ánh sáng đến MPA [42] 1.2.3 Một số phương pháp chế tạo vật liệu biến hóa Cấu trúc MPA đề xuất Landy cộng vào năm 2008 cấu trúc phức tạp dựa vòng cộng hưởng Do cấu trúc gặp nhiều khó khăn việc chế tạo đo đạc Từ đến trình tìm kiếm cấu trúc MPA tối ưu tiếp diễn mạnh mẽ dải tần từ GHz, THz đến vùng tần số quang học [45-50] điển hình tập trung vào số cấu trúc cấu trúc vòng xuyến, cấu trúc đĩa tròn… tính đối xứng hình học cấu trúc Vật liệu hấp thụ tần số xác định nên ứng dụng số trường hợp giới hạn Đối với phần lớn ứng dụng, vật liệu cần thiết kế có đặc tính hấp thụ dải tần rộng, không phụ thuộc với phân cực sóng Sự không phụ thuộc với phân cực sóng đạt cấu trúc đối xứng phần tử kim loại mặt Để đạt hấp thụ dải rộng, số phương pháp đề xuất đặt nhiều cấu trúc cộng hưởng siêu ô sở Về bản, có phương pháp để thiết kế vật liệu biến hóa có dải tần làm việc rộng: (i) cấu trúc xếp mặt phẳng tạo siêu ô sở (ii) cấu trúc đặt trục vuông góc với mặt phẳng mẫu Trong trường hợp cấu trúc cộng hưởng có kích thước khác xếp mặt phẳng tạo thành siêu ô sở thu nhiều đỉnh hấp thụ tần số khác Khi đỉnh gần thu dải hấp thụ rộng Trong trường hợp ô đặt trục vuông góc với mặt phẳng mẫu, mẫu tạo cấu trúc dạng kim tự tháp, lớp mẫu tạo đỉnh cộng hưởng Các đỉnh cộng hưởng gần nhau, chồng chập lên tạo dải hấp thụ rộng [26-27] 1.4 Kết luận chương Chương trình bày tổng quan vật liệu biến hóa: khái niệm vật liệu biến hóa, phân loại vật liệu biến hóa số ứng dụng vật liệu biến hóa Đặc biệt luận án tập trung trình bày MPA hoạt động dải tần khác với ứng dụng loại vật liệu Ngoài luận án trình bày chi tiết chế hấp thụ vật liệu biến hóa để giải thích vai trò lớp cấu trúc MPA, đưa phương pháp thiết kế chế tạo vật liệu với dải tần số khác CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Cách tiếp cận phương pháp nghiên cứu vật liệu biến hóa Các nghiên cứu tương tác vật liệu biến hóa với sóng điện từ sử dụng luận án thực dựa kết hợp ba phương pháp phương pháp mô hình vật lí dựa mạch LC tương đương, phương pháp mô phương pháp thực nghiệm 2.3 Phương pháp mô hình vật lí dựa mạch LC tương đương Cho đến nay, tương tác vật liệu biến hóa với sóng điện từ thường giải thích dựa mô hình mạch cộng hưởng LC tương đương, đề xuất Zhou cộng [59] Từ mô hình này, ta tính tần số mà xảy tượng hấp thụ tuyệt đối hay tính chất chiết suất âm vật liệu theo tham số cấu trúc 2.4 Phương pháp mô vật lý Luận án sử dụng phần mềm CST để nghiên cứu tương tác trường điện từ với vật liệu phần mềm CST nhiều công trình quan trọng tạp chí uy tín sử dụng, Viện Khoa học Vật liệu mua quyền phần mềm Một bước quan trọng sử dụng phần mềm CST thiết lập tham số đầu vào gồm: vật liệu (có thể lấy từ ngân hàng vật liệu có sẵn đưa thông số vật liệu sẵn chương trình mô phỏng), hình dạng, kích thước tham số cấu trúc ô sở, điều kiện biên, môi trường xung quanh vật liệu Các tham số đầu thu bao gồm: tham số tán xạ dạng phức hệ số truyền qua S21, hệ số phản xạ S11, từ độ phản xạ R(ω) độ truyền qua T(ω) thu tương ứng từ T(ω) = |S21|2 R(ω) = |S11|2 pha sóng điện từ qua cấu trúc vật liệu biến hóa vừa cho ta tính toán độ hấp thụ vật liệu A = – (T + R) 2.5 Phương pháp thực nghiệm Vật liệu luận án lựa chọn hoạt động dải tần 12 – 18 GHz luận án tiến hành chế tạo vật liệu phương pháp quang khắc Quy trình chế tạo mẫu: Vật liệu ban đầu để chế tạo mẫu phôi thương mại (SME, Hàn Quốc) gồm lớp điện môi FR -4 hai bên phủ đồng (Cu) Hình 2.13: Quy trình chế tạo vật liệu biến hóa Bước 1: Chiếu sáng - Chiếu sáng, nguồn ánh sáng đèn halogel công suất 45W - Mặt nạ đặt sát mẫu - Khoảng cách mặt nạ nguồn sáng 15 cm - Thời gian chiếu sáng từ 15 ÷18 phút Bước 2: Tẩy rửa lớp cảm quang Sử dụng chất rửa cảm quang SME, với gói hóa chất rửa cảm quang 200g, lượng nước pha thích hợp lít dùng khoảng 20 mẫu có kích thước 10 x15 cm - Thời gian: ÷ phút ngâm dung dịch chất rửa cảm quang SME - Nhiệt đô: 40 - 50 0C Bước 3: Ăn mòn, tạo cấu trúc Sử dụng chất ăn mòn SME, gói hóa chất rửa cảm quang 300g, lượng nước pha thích hợp lít dùng khoảng 20 đến 30 mẫu có kích thước 10 x15 cm - Thời gian: 20 - 45 phút ngâm dung dịch ăn mòn - Nhiệt độ: 30 - 0C Bước 4: Hiện hình cấu trúc - Chiếu sáng: 10 - 15 phút Thời gian tẩy rửa: phút ngâm dung dịch chất rửa cảm quang SME Đo đạc mẫu: Để nghiên cứu tính chất vật liệu, tiến hành đo phổ truyền qua phổ phản xạ vật liệu hệ thiết bị phân tích mạng véc tơ Thiết bị trang bị Viện Radar - Viện KHCN quân Tính toán tham số hiệu dụng: Rất khó để xác định độ điện thẩm, độ từ thẩm, chiết suất, trở kháng phương pháp thực nghiệm Chính để xác định thông số này, sử dụng thêm phương pháp tính toán Chen[57] 2.6 Kết luận chương Chương trình bày phương pháp nghiên cứu sử dụng luận án phương pháp mô phỏng, phương pháp thực nghiệm mô hình lý thuyết dựa mạch LC cho nghiên cứu tương tác sóng điện từ MM Đối với phương pháp mô phỏng, luận án sử dụng phần mềm mô thương mại CST Trong mô hình lý thuyết tính toán dựa mô hình mạch LC Zhou Phương pháp thục nghiệm, luận án sử dụng công nghệ quang khắc cho chế tạo mẫu, việc đo đạc tính chất điện từ vật liệu thông qua máy phân tích mạng véc tơ Ngoài luận án sử dụng thêm thuật toán Chen để tính toán thêm tham số hiệu dụng khác  ,  , n, z CHƯƠNG 3: ẢNH HƯỞNG CỦA THAM SỐ CẤU TRÚC LÊN ĐỘ RỘNG VÙNG TỪ THẨM ÂM CỦA VẬT LIỆU BIẾN HÓA Trong luận án này, nghiên cứu mở rộng vùng từ thẩm âm vật liệu MMs cấu trúc CWP Đây cấu trúc truyền thống, vật liệu biến hóa với ưu điểm cấu trúc đơn giản, dễ chế tạo, dễ ứng dụng thực tiễn Trước tiên, luận án nghiên cứu mở rộng vùng từ thẩm âm thông qua việc hiệu chỉnh độ dày lớp điện môi Đặc biệt phần này, luận án nghiên cứu xây dựng biểu thức tổng quát xác định tần số cộng hưởng từ, độ mở rộng vùng từ thẩm âm dựa việc tính đến tương tác nội (tương tác hai CW cấu trúc cộng hưởng) Ngoài ra, với mong muốn tìm phương pháp khác để mở rộng vùng từ thẩm âm, tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng tính đối xứng tính bất đối xứng cấu trúc CWP theo phương điện trường, từ trường theo hai phương Đây ý tưởng để nghiên cứu mở rộng vùng cộng hưởng từ 3.2 Vai trò độ dày lớp điện môi lên mở rộng vùng từ thẩm âm 3.2.1 Mô hình lí thuyết Tần số cộng hưởng từ cấu trúc CWP Zhou cộng [59] tính toán qua mô hình mạch điện LC công thức (2.6) (trình bày chương 2) Trong công thức này, tần số cộng hưởng từ phụ thuộc vào chiều dài CW số điện môi ɛ lớp điện môi hai CW Tuy nhiên số kết thực nghiệm cho thấy độ dày lớp điện môi có ảnh hưởng mạnh đến tần số cộng hưởng từ [60, 61, 79] Vì vậy, luận án đề xuất mô hình tính độ tự cảm Lm điện dung Cm mô hình mạch LC tính đến tương tác tương hỗ CW Khi điện dung Cm độ tự cảm Lm tính toán công thức:  0c1lw 0lw (3.1) Lm  t  2ts  , Cm   d  w  ts  td với l chiều dài CW, w bề rộng CW, 𝑡𝑠 độ dày CW, 𝑡𝑑 độ dày lớp điện môi, c1 hệ số 0,2 ≤ 𝑐1 ≤ 0,3 Do tần số cộng hưởng từ trường hợp là: f  c  l 2 c1 (1  2ts / td ) / (1  ts ) w (3.2) Biểu thức (3.2) cho thấy, tần số cộng hưởng từ không phụ thuộc vào chiều dài CW số điện môi mà phụ thuộc vào bề rộng CW độ dày lớp điện môi 𝑡𝑑 Cần ý, độ dày CW 𝑡𝑠 nhỏ so với bề rộng w thanh( 𝑡𝑠 ≪ 𝑤), ts nhỏ so với độ dày lớp điện môi td (𝑡𝑠 ≪ 𝑡𝑑 ) biểu thức (3.2) trở biểu thức (2.6) Zhou Nói cách khác tương tác hỗ cảm không tính đến công thức Zhou Tiếp theo, với mục đích tập trung nghiên cứu vai trò độ dày lớp điện môi lên độ mở rộng vùng từ thẩm âm Độ mở rộng tương đối vùng tần số có độ từ thẩm âm: f  1 f0 1 F (3.12) Dựa biểu thức thức (2.2) (2.6) ta xác định biểu thức độ mở rộng tương đối vùng từ thẩm âm cấu trúc bất đối xứng so với cấu trúc đối xứng t f  1 d 1 f td (3.13) Với ∆C/C tỉ số độ thay đổi điện dung so với giá trị điện dung ban đầu Tỉ số xác định dựa vào thông số cấu trúc CWP bất đối xứng sau: C (3.14)  1 C 1 td td  l  t d    1 1 td  td  Hình 3.8 mô tả gia tăng (3.15)  l   f td l , theo , l  hay    f td td  td  Hình 3.8 cho thấy l tăng bề dày lớp điện môi nối hai điện tích tăng, kết độ mở rộng tương đối vùng cộng hưởng từ tăng Đặc biệt l  2td , độ mở rộng vùng từ thẩm âm lên tới 50% 1.8 td/td 1.6 f/f 1.4 td/td, f/f 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 l/td Hình 3.8: Sự phụ thuộc l f td , vào tỉ số td f td Để có nhìn tổng quát ảnh hưởng tính bất đối xứng cấu trúc CWP lên khả mở rộng vùng từ thẩm âm vật liệu Chúng tiếp tục nghiên cứu phá vỡ tính đối xứng cấu trúc CWP theo phương từ trường sóng điện từ cách tăng chiều rộng w giữ nguyên kích thước CW lại Hình 3.9 trình bày cấu trúc CWP đối xứng chuyển sang cấu trúc CWP bất đối xứng theo phương w (phương chiều rộng thanh) Khi tăng kích thước w, tương tự trường hợp tăng chiều dài l, nhiên điện trường hình thành hai CW cấu trúc có phương vuông góc với điện trường 12 sóng điện từ chiếu tới Do cường độ điện trường ứng với phần diện tích thêm c1l w không đáng kể, điện dung hình thành cấu trúc thay đổi từ C đến C  C ' ( C ' mang giá trị nhỏ) Vì vùng từ thẩm âm có mở rộng độ mở rộng vùng từ thẩm âm không đáng kể Hình 3.9: Cấu trúc CWP chuyển từ đối xứng sang bất đối xứng theo phương từ trường 3.3.2 Ảnh hưởng tính bất đối xứng cấu trúc theo phương điện trường Trong phần luận án tiến hành mô thực nghiệm vật liệu có cấu trúc CWP bất đối xứng với giá trị l = mm, 0.5 mm 1.0 mm Hằng số mạng ô sở tương ứng ax = 3.5 mm, ay = 9mm Lớp điện môi sử dụng FR-4 với số điện môi   4.3 độ dàỳ td = 0.4 mm Kim loại sử dụng cấu trúc Cu với độ dẫn điện 5.96.107 Sm-1 Chiều dài CW cấu trúc đối xứng ban đầu l = 5.5 mm, chiều rộng w = mm độ dày ts = 0.036 mm Hình 3.10 trình bày kết phổ truyền qua dựa mô thực nghiệm cấu trúc CWP bất đối xứng với ∆l có giá trị 0, 0.5 1.0 mm tương ứng ∆l/td có giá trị 0, 1.25, 2.5 Hình 3.10: Phổ truyền qua mô thực nghiệm cấu trúc CWP phá vỡ tính đối xứng cấu trúc với l = 0, 0.5, mm 13 Kết cho thấy phổ truyền qua gần tương đồng hai phương pháp Để quan sát rõ mở rộng vùng cộng hưởng từ, mô phổ truyền qua với giá trị l thay đổi từ đến 1.2 mm Kết mô (hình 3.11) cho thấy l tăng, vùng cộng hưởng từ mở rộng Để kiểm định lại mở rộng vùng cộng hưởng từ phương pháp Chen, phần thực độ từ thẩm vật liệu tính toán dựa số liệu mô trình bày hình 3.12 Kết mô cho thấy, độ từ thẩm âm mở rộng dần tăng ∆l Cụ thể, việc tăng ∆l từ đến đến 1.25 td tương ứng với độ từ thẩm âm mở rộng từ 12.8% (độ rộng 1.8 GHz tần số cộng hưởng 14 GHz) lên 23.1% (độ rộng 3.08 GHz tần số cộng hưởng 13.38 GHz) Tại l  2td độ từ thẩm âm mở rộng lên 24.8% (độ rộng 3.31GHz tần số cộng hưởng 13.376 GHz), l  2.5td độ từ thẩm âm mở rộng lên 27.8% (3.7 GHz tần số trung tâm 13.3 GHz) Hình 3.11: Phổ truyền qua cấu trúc CWP bất đối xứng ∆l thay đổi từ – 1.2 mm Hình 3.12: Độ từ thẩm ∆l có giá trị 0, 0.125td, 1.5td, 2td, 2.5td 14 Để giải thích rõ nguyên nhân mở rộng cộng hưởng từ, tiến hành mô phân bố đường sức điện trường ứng với giá trị ∆l = 0, 1.5td, 2.5td (a) (b) (c) Hình 3.13: Phân bố điện trường tần số cộng hưởng từ cấu trúc CWP với: (a)∆l = , (b)∆l = 1.5td, (c)∆l = 2.5td Kết cho thấy phân bố đường sức ∆l = 0, ∆l = 1.5td gần tương đồng, điều chứng tỏ có dịch chuyển điện tích lên đầu CW2 Tuy nhiên ∆l = 2.5td vùng phân bố điện trường đầu CW1 phần dài thêm CW2 có phần điện trường đều, phần không chứng tỏ điện tích không dịch chuyển hết đến điểm đầu CW2 Nói cách khác, điện tích phân bố đến giới hạn dừng lại Đó lý ban đầu vùng từ thẩm âm tăng tuyến tính đạt giá trị bão hòa vào khoảng 25 – 28 % 3.3.3 Ảnh hưởng tính bất đối xứng cấu trúc theo phương từ trường Hình 3.15 trình bày kết phổ truyền qua mô thực nghiệm cấu trúc CWP bất đối xứng theo phương từ trường ∆w tăng Hình 3.15: Phổ truyền qua cấu trúc CWP bất đối xứng w tăng, (a) Mô phỏng, (b) Thực nghiệm Kết mô thực nghiệm cho thấy, bề rộng w CW2 tăng, vùng cộng hưởng từ mở rộng không nhiều Điều giải thích rõ mô hình lý thuyết mục 3.3.1 15 Bằng cách phá vỡ tính đối xứng cấu trúc CWP, luận án thành công việc thiết kế cấu trúc mà vùng từ thẩm âm mở rộng Kết phân tích vùng từ thẩm âm mở rộng phá vỡ tinh đối xứng cấu trúc theo phương điện trường hiệu nhiều so với phá vỡ tính đối xứng theo phương từ trường 3.3.4 Ảnh hưởng tính bất đối xứng cấu trúc theo hai phương Luận án tiếp tục nghiên cứu cấu trúc CWP bất đối xứng với CW2 tăng theo chiều dài chiều rộng Kết vùng cộng hưởng từ mở rộng Tuy nhiên cấu trúc cho độ truyền qua phụ thuộc mạnh vào góc phân cực dẫn đến hạn chế đưa cấu trúc bất đối xứng CWP vào ứng dụng thực tế Với mong muốn tìm kiếm cấu trúc mở rộng vùng từ thẩm âm, không phụ thuộc phân cực sóng điện từ Chúng lựa chọn cấu trúc cặp vòng xuyến tiến hành mô phỏng, thực nghiệm phổ truyền qua theo mô hình tương tự cấu trúc CWP Kết phân tích cho cấu trúc vòng xuyến bất đối xứng thể tính chất điện từ giống cấu trúc CWP bất đối xứng, nhiên phổ truyền qua cấu trúc vòng xuyến bất đối xứng không phụ thuộc phân cực sóng điện từ, ưu điểm cấu trúc cặp vòng xuyến 3.5 Kết luận chương Như vậy, Chương nghiên cứu ảnh hưởng phân cực sóng điện từ lên tính chất hấp thụ vật liệu Kết cho thấy vật liệu biến hóa có cấu trúc CWP phụ thuộc mạnh vào phân cực sóng điện từ, vật liệu có cấu trúc vòng xuyến không phụ thuộc vào phân cực sóng điện từ tính chất đối xứng cấu trúc Ngoài luận án nghiên cứu ảnh hưởng độ dày lớp điện môi lên tần số cộng hưởng độ rộng vùng tần số có độ từ thẩm âm vật liệu biến hóa có cấu trúc CWP thông qua mô hình tương tác nội (giữa kim loại ô sở) Kết cho thấy độ dày lớp điện môi tăng, tần số cộng hưởng độ rộng vùng tần số có độ từ thẩm âm tăng Kết mô so sánh với kết tính toán từ mô hình mạch điện LC kiểm chứng thực nghiệm Đây kết quan trọng góp phần để nghiên cứu vật liệu biến hóa hấp thụ sóng điện từ có dải làm việc rộng hay vật liệu biến hóa có chiết suất âm Đặc biệt, luận án dùng mô hình lý thuyết sử dụng mạch điện tương đương LC phương pháp mô phỏng, luận án tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng tính bất đối xứng cấu trúc ô sở (cấu trúc CWP cấu trúc vòng xuyến) lên việc mở rộng dải tần có độ từ thẩm âm Kết cho thấy tính chất bất đối xứng dọc theo chiều dài CW ảnh hưởng mạnh đến việc mở rộng dải tần làm việc từ 12.8 đến 27.8% ∆l thay đổi từ đến 2.5td Trong đó, tính chất đối xứng theo chiều rộng độ mở rộng dải tần số ảnh hưởng không đáng kể 16 Mô hình xây dựng cho vật liệu biến hóa hoạt động vùng tần số GHz mà vùng tần số THz Kết thực nghiệm trùng khớp với kết thu từ mô tính toán lý thuyết CHƯƠNG 4: VẬT LIỆU BIẾN HÓA HẤP THỤ ĐẲNG HƯỚNG SÓNG ĐIỆN TỪ Cấu trúc vật liệu hấp thụ tuyệt đối thường bao gồm lớp điện môi giữa, lớp có cấu trúc cộng hưởng mặt trước kim loại mặt sau Tuy nhiên với thiết kế thông thường, vật liệu biến hóa hấp thụ chiều xác định mà không hấp thụ theo chiều ngược lại Trong việc nỗ lực tìm kiếm vật liệu hấp thụ tuyệt đối đẳng hướng sóng điện từ, chương luận án đề xuất cấu trúc có dạng đối xứng dựa biến đổi cấu trúc CWP cấu trúc cặp hình vuông, cấu trúc cặp hình kim cương, cấu trúc cặp vòng xuyến Với ý tưởng này, vật liệu hấp thụ tuyệt đối sóng điện từ thu dựa kết hợp tổn hao cộng hưởng điện cộng hưởng từ xảy vật liệu 4.1 Vật liệu biến hóa hấp thụ chiều sóng điện từ Vật liệu biến hóa hấp thụ truyền thống nghiên cứu cấu trúc CW Tuy nhiên cấu trúc cho độ hấp thụ phụ thuộc phân cực sóng điện từ Với mong muốn khắc phục hạn chế nêu trên, chuyển sang nghiên cứu MPA cấu trúc hình vuông, hình vòng xuyến Các cấu trúc nêu nhận sóng điện từ theo chiều định mà không nhận sóng theo chiều ngược lại dẫn đến hạn chế ứng dụng thực tế Trong phần luận án tập trung nghiên cứu tìm kiếm vật liệu biến hóa hấp thụ đẳng hướng sóng điện từ 4.2 Vật liệu biến hóa hấp thụ đẳng hướng sóng điện từ Để thu vật liệu hấp thụ đẳng hướng sóng điện từ, luận án xuất phát từ vật liệu biến hóa có cấu trúc CWP Đây cấu trúc truyền thống biết đến với cộng hưởng cộng hưởng từ cộng hưởng điện Cộng hưởng tần số thấp cộng hưởng từ, tần số cao cộng hưởng điện Ý tưởng tạo vật liệu hấp thụ tuyệt đối dựa kết hợp tổn hao cộng hưởng điện cộng hưởng từ 4.2.1 Vật liệu biến hóa hấp thụ dựa cấu trúc CWP Ô sở vật liệu biến hóa có cấu trúc CWP trình bày hình 4.11 Phổ truyền qua hấp thụ vật liệu trình bày hình 4.12 Kết cho thấy, xuất hai đỉnh hấp thụ hai tần số khác (12.0 13.8 GHz) Hai đỉnh hấp thụ tương ứng với hai tần số cộng hưởng từ điện với độ hấp thụ (60% 40%) Từ kết gợi ý cho thấy điều khiển hai đỉnh cộng hưởng tiến gần nhau, đặc biệt chồng chập lên nhau, thu vật liệu biến hóa hấp thụ tuyệt đối sóng điện từ Tuy nhiên việc 17 điều khiển tham số cấu trúc gặp nhiều khó khăn tính chất cộng hưởng chúng [59] Do luận án tập trung tìm kiếm vật liệu có cấu trúc đối xứng dễ điều khiển cộng hưởng Hình 4.11: Ô sở cấu trúc CWP phân cực sóng điện từ với w = 1mm, l = mm, ax = ay = a = 14.5 mm, td = 1.2 mm, ts = 0.036 mm (a) (b) Hình 4.12: Kết mô phỏng: (a) Phổ truyền qua, (b) Phổ hấp thụ cấu trúc CWP 4.2.2 Vật liệu biến hóa cấu trúc cặp hình vuông Xuất phát từ vật liệu biến hóa cấu trúc CWP, cách tăng độ rộng w với chiều dài l, thông số khác gữ cố định, thu vật liệu biến hóa có cấu trúc hình vuông Hình 4.14 trình bày phổ hấp thụ vật liệu có cấu trúc hình vuông với đỉnh hấp thụ hai tần số khác (f1 = 11.2 GHz f2 = 14.7 GHz) Đỉnh hấp thụ thứ có giá trị 52% cộng hưởng từ gây đỉnh hấp thụ thứ hai có giá trị > 30% cộng hưởng điện gây Một ý tưởng quan trọng cấu trúc điều khiển tần số cộng hưởng chồng chập Khi thu hấp thụ tổng gồm đỉnh hấp thụ thành phần tạo Có cách để thực ý tưởng này: 18 Cách 1: Giữ nguyên tần số cộng hưởng điện, điều khiển cộng hưởng từ tần số cộng hưởng điện Cách 2: Giữ nguyên tần số cộng hưởng từ, điều khiển tần số cộng hưởng điện tần số cộng hưởng từ Vậy để thực ý tưởng này, làm sau: Cách 1: Biến đổi cấu trúc hình vuông thành cấu trúc bát giác sau thành cấu trúc có dạng kim cương (điều khiển cộng hưởng từ) Cách 2: Giữ nguyên cấu trúc hình vuông ban đầu, tăng dần số mạng để điều khiển cộng hưởng điện Hình 4.14: Phổ hấp thụ vật liệu biến hóa cấu trúc hình vuông theo mô 4.2.2.1 Vật liệu biến hóa có cấu trúc kim cương Để quan sát rõ dịch tần số cộng hưởng từ tần số cộng hưởng điện, tiến hành cắt vát cấu trúc hình vuông để cấu trúc hình vuông chuyển sang cấu trúc hình bát giác (hình 4.15(b)) Cấu trúc bát giác có đặc điểm: với bề rộng w = m cấu trúc bát giác chuyển sang cấu trúc hình vuông, bề rộng w = mm cấu trúc bát giác trở cấu trúc kim cương Luận án tiến hành xác định tần số cộng hưởng từ song song theo hai mô hình: tính toán lý thuyết mô với giá trị m thay đổi từ w = mm mm tham số khác cấu trúc giữ không đổi (a) (c) (b) Hình 4.15: Cấu trúc hình vuông chuyển sang cấu trúc hình kim cương 19 Số liệu tính toán tần số cộng hưởng từ trình bày bảng 4.1 Kết bảng 4.1 rõ m giảm tần số cộng hưởng từ tăng dần, đặc biệt giá trị m = 0, tần số cộng hưởng từ đạt giá trị 15.1 GHz gần chồng chập hoàn toàn với tần số cộng hưởng điện Bảng 4.1: Tần số cộng hưởng từ theo giá trị m m (mm) fm (GHz) 10.8 12.0 13.9 15.1 Hình 4.16 trình m=6 bày phổ hấp thụ vật mm liệu chuyển từ cấu trúc hình vuông sang cấu trúc bát giác cấu trúc kim m=4 cương tương ứng với giá mm trị m = 6, 4, 2, mm Quan sát phổ hấp thụ cho thấy, m giảm, tần số m=2 cộng hưởng từ có dịch mm chuyển rõ nét tần số cao tần số cộng hưởng điện gần m=0 không đổi Cụ thể mm tần số cộng hưởng từ ứng với m = 6, 4, 2, mm 11.3 GHz, 11.9 GHz, 13.2 GHz, 15.1 Hình 4.16: Phổ hấp thụ tương ứng với cấu trúc: GHz Kết mô hình vuông (m = mm) sang cấu trúc bát giác phù hợp với kết (m = mm m = mm) cấu trúc kim cương tính toán bảng (m = mm) 4.1 Ngoài ra, việc điều khiển m dẫn đến việc thay đổi cấu trúc, m giảm độ hấp thụ cộng hưởng từ dao động quanh giá trị 50% cộng hưởng điện tăng từ 30% đến gần 50% Điều thú vị m = mm (tương ứng với cấu trúc hình kim cương) nơi cộng hưởng điện cộng hưởng từ chồng chập Hình 4.18: Phổ hấp thụ cấu nhau, kết thuđược độ hấp thụ đạt trúc kim cương 20 98% tần số 15.1 GHz Kết kiểm nghiệm lại thông qua kết thực nghiệm (hình 4.18) 4.2.2.2 Vật liệu biến hóa hấp thụ đẳng hướng cấu trúc hình vuông Để điều khiển tần số cộng hưởng điện, luận án sử dụng vật liệu biến hóa có cấu trúc hình vuông Xuất phát từ mô hình trình bày mục 1.2.1.1, tần số plasma vật liệu biến hóa phụ thuộc mạnh vào số mạng a Do việc tăng số mạng dẫn đến giảm đáng kể mật độ điện tử hiệu dụng, kết tần số plasma giảm, tương ứng tần số cộng hưởng điện giảm Trong đó, a thay đổi, tần số cộng hưởng từ không đổi Dựa lập luận đó, tăng số mạng a đến giá trị thích hợp tần số cộng hưởng điện chồng chập với cộng hưởng từ Hình 4.20 trình bày phổ hấp thụ cấu trúc hình vuông với giá trị trị a tăng dần từ 14 mm đến 21 mm, tham số khác giữ không đổi Quan sát hình ta thấy, tham số a tăng, cộng hưởng điện dịch tần số thấp cộng hưởng từ gần không thay đổi Điểm thú vị số mạng a = 21 mm, tần số cộng hưởng điện dịch 11.2 GHz chồng chập lên cộng hưởng từ Hình 4.20: Kết mô phỏng: Phổ hấp thụ cấu trúc hình vuông Từ kết thu cho thấy điều chỉnh cách độc lập đỉnh hấp thụ gây cộng hưởng từ cộng hưởng điện để thu đỉnh hấp thụ có cường độ mạnh Trong trường hợp đặc biệt (phối hợp trở kháng z 1), thu hấp thụ tuyệt đối sóng điện từ 4.2.3 Vật liệu biến hóa cấu trúc cặp vòng xuyến 4.2.3.1 Vật liệu biến hóa hấp thụ đẳng hướng sóng điện từ cộng hưởng từ bậc1 Hình 4.24 (a) trình bày cấu trúc ô sở cặp vòng xuyến gồm hai vòng xuyến song song ngăn cách lớp điện môi Lớp kim loại chọn đồng (Cu) với độ dẫn điện σ = 5.8.107 S/m Lớp điện môi vật liệu FR4 với số điện môi ε = 4.3, số mạng a = 10 mm Độ dày lớp điện môi lớp kim loại đồng lần 21 lượt td = 1.2 mm, ts = 0.036 mm Lớp kim loại thiết kế dạng vòng xuyến tuần hoàn với bán kính Ri = mm, bán kính R0 = 2.7 mm Phổ hấp thụ vật liệu trình bày hình 4.24(b) với đỉnh hấp thụ Với mong muốn thu cường độ hấp thụ cực đại, luận án tiến hành dịch cộng hưởng điện cộng hưởng từ cách tăng số mạng cấu trúc Quan sát trình bày hình 4.25 cho thấy số mạng tăng, cộng hưởng từ gần không đổi, cộng hưởng điện giảm dần Tại giá trị số mạng a = 17 mm, cộng hưởng điện chồng chập cộng hưởng từ, kết thu độ hấp thụ lên tới 96% tần số f = 13.52 GHz (a) (b) Hình 4.24: (a) Ô sở phân cực sóng điện từ, (b) Kết mô phổ hấp thụ cấu trúc cặp vòng xuyến Hình 4.25: Phổ hấp thụ cấu trúc cặp vòng xuyến với số mạng thay đổi Để vật liệu biến hóa hấp thụ đẳng hướng sóng điện từ tần số cao, nguyên tắc phải giảm tham số cấu trúc vật liệu Điều gặp nhiều khó khăn trình chế tạo Trong phần tiếp theo, luận án đề xuất ý tưởng nghiên cứu tính chất hấp thụ vật liệu cộng hưởng bậc cao cụ thể cộng hưởng bậc Với ý tưởng không cần phải giảm tham số cấu trúc ô sở 4.2.3.2 Vật liệu biến hóa hấp thụ đẳng hướng sóng điện từ cộng hưởng từ bậc3 Cấu trúc ô sở vòng xuyến lựa chọn sau: vòng xuyến kim loại đồng (Cu) với độ dẫn điện σ = 5.8.107Sm-1 Lớp điện môi vật liệu FR4 với 22 số điện môi ε = 4.3 Hằng số mạng a = 16 mm Độ dày lớp điện môi lớp kim loại đồng td = 0.4 mm, ts = 0.036 mm Bán kính vòng xuyến Ro = 7.5 mm, bán kính Ri = Ro -w w độ rộng vòng xuyến Bằng cách điều chỉnh độ rộng w vòng xuyến, thu đỉnh cộng hưởng xuất tần số khác Hình 4.27 trình bày phổ truyền qua đặc trưng vật liệu ứng với w = 4.3 mm với cộng hưởng tần số f1 = 4.9 GHz f3 = 17 GHz cộng hưởng từ, tần số f2 = 13.7 GHz cộng hưởng điện Trong cộng hưởng từ tần số f1 gọi cộng hưởng từ bậc một cặp dòng đối song gây ra, tần số f3 gọi cộng hưởng từ bậc ba cặp dòng đối song ứng với ba vùng khác vòng xuyến gây (hình 4.27(b)) Kết khảo sát tính chất vật liệu w = 4.3 mm cho thấy cường độ phổ truyền qua phổ phản xạ gần không cộng hưởng bậc tương ứng với cường độ hấp thụ gần tuyệt đối tần số (hình 4.27(a)) Kết thực nghiệm (hình 4.27(b)) trùng với kết thu từ mô Hình 4.26: Kết mô phỏng: (a) Phổ truyền qua cấu trúc cặp vòng xuyến ứng với bề rộng w = 4.3 mm, (b) Phân bố dòng bề mặt tần số f1, f2, f3 (a) (b) Hình 4.27: Phổ truyền qua, phản xạ, hấp thụ cấu trúc cặp vòng xuyến: (a) Mô phỏng,(b) Thực nghiệm 23 Như việc điều khiển cấu trúc tham số cấu trúc tương ứng với việc điều khiển cộng hưởng điện cộng hưởng từ, luận án thành công việc thiết kế chế tạo vật liệu biến hóa hấp thụ đẳng hướng sóng điện từ Độ hấp thụ tuyệt đối thu kết hợp tổn hao cộng hưởng điện cộng hưởng từ không cộng hưởng bậc mà cộng hưởng bậc cao 4.3 Kết luận chương 4: Chương 4, luận án nghiên cứu tính chất hấp thụ đẳng hướng sóng điện từ vật liệu biến hóa dựa cộng hưởng từ cộng hưởng điện sử dụng cấu trúc hình vuông, cấu trúc kim cương vòng xuyến Kết cho thấy, điều khiển cách độc lập tần số cộng hưởng từ điện vật liệu Khi hai cộng hưởng điện từ chồng chập nhau, vật liệu hấp thụ tuyệt đối sóng điện từ Đặc biệt cấu trúc vòng xuyến, luận án thành công không việc chế tạo vật liệu hấp thụ đẳng hướng sóng điện từ cộng hưởng bậc mà thành công việc hấp thụ đẳng hướng sóng điện từ cộng hưởng bậc mà không cần giảm kích thước ô sở KẾT LUẬN CHUNG Luận án tập trung nghiên cứu ảnh hưởng cấu trúc, tham số cấu trúc phân cực sóng điện từ lên tính chất vật liệu biến hóa như: tần số độ rộng từ thẩm âm, tính chất hấp thụ sóng điện từ vật liệu Luận án thực dựa việc kết hợp mô hình vật lý, mô thiết kế cấu trúc, chế tạo kiểm chứng phép đo thực nghiệm Luận án thu số kết mới, tóm lược số kết luận sau đây: Đã chế tạo thành công vật liệu biến hóa có tính chất khác (độ từ thẩm âm, hấp thụ tuyệt đối sóng điện từ chiều hấp thụ đẳng hướng) dựa cấu trúc khác nhau: Cặp dây bị cắt, cấu trúc hình vuông, cấu trúc kim cương, cấu trúc vòng xuyến phương pháp quang khắc Đã nghiên cứu ảnh hưởng phân cực sóng điện từ lên tính chất hấp thụ vật liệu Kết cho thấy vật liệu biến hóa có cấu trúc CWP phụ thuộc mạnh vào phân cực sóng điện từ, vật liệu có cấu trúc hình vuông, kim cương vòng xuyến không phụ thuộc vào phân cực sóng điện từ tính chất đối xứng cấu trúc Đã nghiên cứu ảnh hưởng độ dày lớp điện môi lên tần số cộng hưởng độ rộng vùng tần số có độ từ thẩm âm vật liệu biến hóa có cấu trúc cặp dây bị cắt thông qua mô hình tương tác nội (giữa kim loại ô sở) Kết cho thấy độ dày lớp điện môi tăng, tần số cộng hưởng độ rộng vùng tần số có độ từ thẩm âm tăng Kết mô so sánh với kết tính toán từ mô hình mạch điện LC kiểm chứng thực 24 nghiệm Đây kết quan trọng góp phần để nghiên cứu vật liệu biến hóa hấp thụ sóng điện từ có dải làm việc rộng hay vật liệu biến hóa có chiết suất âm Bằng mô hình lý thuyết sử dụng mạch điện tương đương LC phương pháp mô phỏng, luận án tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng tính bất đối xứng cấu trúc ô sở (cấu trúc CWP cấu trúc vòng xuyến) lên việc mở rộng dải tần có độ từ thẩm âm Kết cho thấy tính chất bất đối xứng dọc theo chiều dài CW ảnh hưởng mạnh đến việc mở rộng dải tần làm việc từ 12.8 đến 27.8% ∆l thay đổi từ đến 2.5td Trong đó, độ mở rộng ảnh hưởng không đáng kể tính chất đối xứng theo chiều rộng Mô hình xây dựng cho vật liệu biến hóa hoạt động tần số GHz mà tần số THz Kết thực nghiệm trùng khớp với kết thu từ mô tính toán lý thuyết Đã thiết kế điều khiển tính chất hấp thụ đẳng hướng sóng điện từ vật liệu biến hóa dựa cộng hưởng từ cộng hưởng điện sử dụng cấu trúc hình vuông, cấu trúc kim cương vòng xuyến Kết cho thấy tần số cộng hưởng từ cộng hưởng điện vật liệu điều khiển cách độc lập Hấp thụ tuyệt đối sóng điện từ thu hai cộng hưởng chồng chập lên Đặc biệt cấu trúc vòng xuyến không thành công việc chế tạo vật liệu hấp thụ đẳng hướng sóng điện từ cộng hưởng bậc mà thành công việc hấp thụ đẳng hướng sóng điện từ cộng hưởng bậc mà không cần phải giảm kích thước ô sở HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Xây dựng sở vật lý để nghiên cứu vật liệu biến hóa hoạt động vùng sóng tần số THz Nghiên cứu đặc tính điện từ siêu vật liệu biến hóa vùng tần số THz Thiết kế chế tạo siêu vật liệu biến hóa hoạt động vùng tần số THz DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN P T Trang, B H Nguyen, Đ H Tiep, L M Thuy, V D Lam, N T Tung, “Symmetry - Breaking metamaterials enabling Broadband negative permeability”, Journal of Electronic Materials 45, (2016) P T Trang, N H Tung, L D Tuyen, T B Tuan, T T Giang, P V Tuong, and V D Lam, "Resonance-based metamaterial in the shallow subwavelength regime: negative refractive index and nearly perfect absorption", Adv Nat Sci: Nanosci Nanotechnol 7, 045002 (2016) D T Anh, D T Viet, P T Trang, N M Thang, H Q Quy, N V Hieu, V D.Lam, N T Tung, "Taming electromagnetic metamaterials for isotropic perfect absorbers”, AIP Adv 5, 077119 (2015) 25 P T Trang, T B Tuan, T T Giang, N H Tung and V D Lam, “The influences of the dielectric layer thickness the negative permeability in Metamaterials”, The 8th International Workshop on Advanced Materials Science and Nanotechnology (IWAMSN2016), 8-12 November, trang 195 (2016) - Ha Long City, Vietnam P T Trang, B H Nguyên, T T Giang, P V Tuong, N T Tung, V D Lam, “Vật liệu biến hóa meta có chiết suất âm hấp thụ tuyệt đối sóng điện từ dựa cấu trúc vòng xuyến”, Hội nghị Vật lý chất rắn Khoa học vật liệu toàn quốc lần thứ SPMS (2015), Tp Hồ Chí Minh trang 160 N H Tung, B H Nguyen, P T Trang, L Đ Hai, V D Lam, N T Tung, " A combined solution for determination of multi-branched refractivenindex in 1D metamaterials", ISSN 1859 – 1043, Tạp chí Nghiên cứu Khoa học Công nghệ Quân sự, trang (2015) DANH MỤC NGHIÊN CỨU KHÁC L M Anh, P T Trang, D M Tuan, N T Tung, V D Lam, "An optimal design towards metamaterial perfect absorber at THz frequencies", the 7th International Workshop on Advanced Materials Science and Nanotechnology (IWAMSN 2014), 2-6 November, trang 180 (2014) - Ha Long City, Vietnam V D Lam, N T Tung, D T Viet, N T Hien, B S Tung, P T Trang, L V Hong, "Một số kết nghiên cứu siêu vật liệu biến hóa metamaterials Viện Khoa học Vật liệu”, tuyển tập Hội nghị Khoa học kỷ niệm 40 năm Viện Hàn lâm KHCNVN – Hà Nội 07/10/2015 D T Viet, N T Hien, P V Tuong, N Q Minh, P T Trang, L N Le, Y P Lee, V D Lam, "Perfect absorber metamaterials: peak, multi-peak and broadband absorption” Opt Comm 322, 209 (2014) 26 ... xuất phát từ vật liệu biến hóa có cấu trúc CWP Đây cấu trúc truyền thống biết đến với cộng hưởng cộng hưởng từ cộng hưởng điện Cộng hưởng tần số thấp cộng hưởng từ, tần số cao cộng hưởng điện Ý... khiển cộng hưởng từ tần số cộng hưởng điện Cách 2: Giữ nguyên tần số cộng hưởng từ, điều khiển tần số cộng hưởng điện tần số cộng hưởng từ Vậy để thực ý tưởng này, làm sau: Cách 1: Biến đổi cấu trúc... thuộc vào phân cực sóng điện từ tính chất đối xứng cấu trúc Ngoài luận án nghiên cứu ảnh hưởng độ dày lớp điện môi lên tần số cộng hưởng độ rộng vùng tần số có độ từ thẩm âm vật liệu biến hóa có