NGHIÊN cứu CHẾ tạo vật LIỆU META hấp THỤ HOÀN hảo dải tần số RỘNG VÙNG GHz DÙNG KHOANG CỘNG HƯỞNG điện từ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI -   - NGUYỄN THÚY HIỀN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU META HẤP THỤ HOÀN HẢO DẢI TẦN SỐ RỘNG VÙNG GHz DÙNG KHOANG CỘNG HƯỞNG ĐIỆN TỪ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT LÍ HÀ NỘI, 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI -   - NGUYỄN THÚY HIỀN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU META HẤP THỤ HOÀN HẢO DẢI TẦN SỐ RỘNG VÙNG GHz DÙNG KHOANG CỘNG HƯỞNG ĐIỆN TỪ Chuyên ngành: Vật lí chất rắn Mã số: 8.44.01.04 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT LÍ Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Trần Mạnh Cường HÀ NỘI, 2018 MỞ ĐẦU Ngày nay, việc tìm vật liệu có tính chất tốt so với vật liệu tự nhiên thu hút quan tâm nghiên cứu đông đảo nhà khoa học giới Một vật liệu có ý nghĩa to lớn cách mạng vật liệu vật liệu Meta Với tính chất đặc biệt khả ứng dụng thực tiễn đầy triển vọng vật liệu Meta nhận đầu tư lớn mặt kinh phí, số lượng cơng trình cơng bố liên quan đến vật liệu tăng đột biến năm qua Vật liệu Meta có chiết suất âm định hướng nghiên cứu thu hút quan tâm nhà khoa học Tính chất vật liệu Meta chiết suất âm tiên đoán mặt lý thuyết Veselago từ năm 1968 [21] Trên sở lí thuyết Veselago, Smith với cộng chứng minh thực nghiệm vào năm 2000 [20] Một ứng dụng bật vật liệu siêu thấu kính đề xuất Pendry vào năm 2000 “áo chồng tàng hình” đề xuất chứng minh vùng GHz Schurig cộng năm 2006… Trong năm gần tính chất phát nghiên cứu vật liệu Meta Meta hấp thụ hồn hảo sóng điện từ (metamaterial perfect absorber – MPA) Năm 2008, vật liệu MPA đề xuất kiểm chứng thực nghiệm Landy cộng [9] Loại vật liệu MPA nghiên cứu nhiều MPA có lớp kim loại làm đồng có lớp thứ ba kim loại kín để độ truyền qua không Các cấu trúc chế tạo thành cơng cấu trúc chữ I, vòng tròn, đĩa tròn…[3, 1] Với độ dày không đáng kể so với bước sóng hoạt động (nhỏ λ/10) điều chỉnh trở kháng thiết kế chế tạo vật liệu Meta hấp thụ hoàn hảo sóng điện từ chiếu tới (A~100%) hoạt động dải tần số mong muốn khác từ vùng vi sóng đến vùng hồng ngoại chí vùng ánh sáng nhìn thấy Việc nghiên cứu tính chất hấp thụ vật liệu Meta tiền đề cho hàng loạt ứng dụng tiềm công nghiệp chế tạo vi nhiệt kế, phòng chắn xạ công nghiệp, pin mặt trời hiệu suất cao… đặc biệt lĩnh vực quốc phòng giúp thay đổi hướng sóng điện từ, tàng hình ảnh nhiệt, tác chiến ban đêm… Vật liệu Meta hoạt động dựa cộng hưởng điện từ tương tác với thành phần điện r E thành phần từ r H sóng điện từ chiếu đến Dựa tính chất chúng tơi xây dựng cấu trúc khoang cộng hưởng sâu với lớp kim loại điện môi xen kẽ để tạo vật liệu MPA hấp thụ hồn hảo sóng điện từ theo phương thức Cách tiếp cận giúp cho cấu trúc khảo sát tồn diện tốn khác đặt áp dụng khoang với kích thước khác nhau, xếp khoang vật liệu…sẽ có ảnh hưởng tới tính hấp thụ điện từ cải thiện đặc tính cấu trúc Hơn nữa, việc thiết kế chế tạo vật liệu có tính chất thay đổi cách linh hoạt hay tối ưu hóa cấu trúc để giảm tổn hao điện từ vật liệu hoạt động vấn đề cần quan tâm Với lý nêu trên, lựa chọn nội dung: “Nghiên cứu chế tạo vật liệu meta hấp thụ hoàn hảo dải tần số rộng vùng GHz dùng khoang cộng hưởng điện từ” làm đề tài luận văn Luận văn thực dựa việc kết hợp mơ hình hóa, tối ưu cấu trúc, mô phỏng, chế tạo, đo đạc kiểm nghiệm: Với mục tiêu đó, luận văn chia thành chương: Chương I : Tổng quan vật liệu Meta Chương II : Cấu trúc nghiên cứu kết tối ưu Chương III : Kết thực nghiệm CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU META 1.1 Khái niệm vật liệu Meta Hình 1.1: Cấu trúc vật liệu truyền thống vật liệu Meta Hình 1.1 hình ảnh so sánh cấu trúc vật liệu truyền thống vật liệu Meta: Vật liệu truyền thống hình thành từ phân tử, nguyên tử, hạt nhân, xung quanh điện tử Tính chất vật liệu truyền thống chủ yếu định lớp điện tử xếp nguyên tử mạng tinh thể Trong vật liệu Meta xây dựng từ ô sở, ô sở tương tự nguyên tử vật liệu truyền thống gọi “giả nguyên tử” Tính chất vật liệu Meta định chủ yếu hình dạng cấu trúc “giả nguyên tử” trật tự xếp “giả nguyên tử” Các cấu trúc "giả nguyên tử" đối xứng bất đối xứng, đẳng hướng bất đẳng hướng, làm từ kim loại điện mơi, chất phi từ sắt từ, quan trọng có kích thước nhỏ từ 7-10 lần so với bước sóng hoạt động vật liệu Meta Chúng ta biết tính chất điện từ loại vật liệu đặc trưng hai đại lượng vật lý: độ từ thẩm  số điện môi  Sự lan truyền sóng điện từ vật liệu liên quan chặt chẽ tới hai đại lượng Nguyên lý vật liệu Meta tạo mạch cộng hưởng điện từ từ cấu trúc "giả nguyên tử", có khả điều khiển riêng biệt hai đại lượng này, điều mà làm với vật liệu tự nhiên Sự truyền sóng điện từ vật liệu Meta dự đốn, thiết kế trước điều chỉnh theo ý muốn 1.2 Phân loại Vật liệu Meta Để phân loại vật liệu Meta dựa vào hai đại lượng: độ điện thẩm  độ từ thẩm  Đây hai đại lượng giúp xác định lan truyền sóng điện từ vật liệu ε >0, � >0 (I) ε 0 (II) Tồn kim loại tần số plasma Tồn hầu hết vật liệu ε >0, �