Nghiên cứu sự mở rộng vùng tần số chiết suất âm sử dụng cấu trúc lưới đĩa đa lớp dựa trên siêu vật liệu

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC PHẠM THỊ MAI HIÊN NGHIÊN CỨU SỰ MỞ RỘNG VÙNG TẦN SỐ CHIẾT SUẤT ÂM SỬ DỤNG CẤU TRÚC LƢỚI ĐĨA ĐA LỚP DỰA TRÊN SIÊU VẬT LIỆU LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ THÁI NGUYÊN - 2019 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC PHẠM THỊ MAI HIÊN NGHIÊN CỨU SỰ MỞ RỘNG VÙNG TẦN SỐ CHIẾT SUẤT ÂM SỬ DỤNG CẤU TRÚC LƢỚI ĐĨA ĐA LỚP DỰA TRÊN SIÊU VẬT LIỆU Ngành: Quang học Mã số: 8440110 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS NGUYỄN THỊ HIỀN THÁI NGUYÊN - 2019 LỜI CẢM ƠN Em xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới Cô giáo TS Nguyễn Thị Hiền Khoa Vật lý Công nghệ - Trƣờng Đại học Khoa học Thái Nguyên hƣớng dẫn, bảo tận tình Cơ suốt q trình em thực luận văn tốt nghiệp Em xin gửi lời cảm ơn tới Thầy, Cô giáo Khoa Vật lý Công nghệ - Trƣờng Đại học Khoa học Thái Nguyên - ngƣời thầy trang bị cho em kiến thức quý báu thời gian em học tập, nghiên cứu trƣờng Để thực đề tài này, em xin cảm ơn hỗ trợ kinh phí từ đề tài nafosted “Chế tạo nghiên cứu siêu vật liệu đa dải tần dựa mơ hình tƣơng tác”, mã số: 103.99-2018.35 Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến bạn bè, ngƣời thân ngƣời bên cạnh động viên, giúp đỡ thời gian em học tập thực luận văn tốt nghiệp Thái Nguyên, tháng 10 năm 2019 Học viên Phạm Thị Mai Hiên i MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT iv DANH MỤC CÁC HÌNH v MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ SIÊU VẬT LIỆU 1.1 Giới thiệu chung siêu vật liệu 1.2 Tổng quan siêu vật liệu có chiết suất âm 1.2.1 Vật liệu có độ điện thẩm âm 1.2.2 Vật liệu có độ từ thẩm âm 10 1.2.3 Vật liệu có chiết suất âm 13 1.2.4 Ứng dụng siêu vật liệu 16 1.3 Mơ hình lai hóa siêu vật liệu 21 1.3.1 Mơ hình lai hố bậc ứng với cấu trúc CWP 21 1.3.2 Mơ hình lai hóa bậc hai ứng với cấu trúc CWP hai lớp 24 CHƢƠNG PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 28 2.1 Lựa chọn cấu trúc vật liệu 29 2.2 Phƣơng pháp mô 30 2.3 Phƣơng pháp tính tốn dựa mơ hình mạch điện LC 31 2.3.1 Mơ hình lai hóa bậc hai cho cấu trúc lƣới đĩa hai lớp 31 2.3.2 Tính tốn hai tần số tách theo mơ hình lai hóa bậc hai cho cấu trúc lƣới đĩa hai lớp dựa mạch điện LC 32 2.4 Phƣơng pháp thực nghiệm 34 2.4.1 Xây dựng hệ thiết bị chế tạo mẫu 34 2.4.2 Quy trình chế tạo mẫu 35 2.4.3 Thiết kế hệ đo 36 2.5 Xử lý phân tích số liệu 37 ii CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 39 3.1 Nghiên cứu mở rộng vùng chiết suất âm dựa cấu trúc lƣới đĩa đa lớp vùng GHz 39 3.1.1 Nghiên cứu mở rộng vùng chiết suất âm dựa cấu trúc lƣới đĩa hai lớp 39 3.1.2 Nghiên cứu mở rộng vùng chiết suất âm dựa cấu trúc lƣới đĩa đa lớp 50 3.2 Nghiên cứu mở rộng vùng chiết suất âm dựa cấu trúc lƣới đĩa đa lớp vùng quang học 56 3.2.1 Nghiên cứu mở rộng vùng chiết suất âm dựa cấu trúc lƣới đĩa đa lớp vùng tần số khác 56 3.2.2 Nghiên cứu mở rộng vùng chiết suất âm dựa cấu trúc lƣới đĩa đa lớp vùng quang học 57 KẾT LUẬN CHUNG 61 HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 62 CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ ĐƢỢC CÔNG BỐ 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64 iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT Ký hiệu Tên đầy đủ SRR Vòng cộng hƣởng CW Dây kim loại bị cắt CWP Cặp dây bị cắt LH Quy tắc bàn tay trái LHMs Vật liệu tuân theo quy tắc bàn tay trái Meta Siêu vật liệu RH Quy tắc bàn tay phải M Độ hỗ cảm E Vector điện trƣờng H Vector từ trƣờng K Vector sóng Tanδ Hệ số tổn hao điện mơi TE Sóng phân cực với vector điện trƣờng vng góc với mặt phẳng tới TM Sóng phân cực với vector từ trƣờng vng góc với mặt phẳng tới iv DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Sự tƣơng quan cấu trúc vật liệu truyền thống siêu vật liệu Hình 1.2 Sơ đồ mơ tả tín hiệu phát (a) tín hiệu thu (b) từ hai phía mơi trƣờng Hình 1.3 (a) Cấu trúc lƣới dây kim loại mỏng xếp tuần hoàn (b) độ điện thẩm hiệu dụng lƣới dây bạc theo tần số với r = µm, a = 40 mm độ dẫn bạc ζ = 6,3×107 Sm-1 Hình 1.4 Sơ đồ cấu trúc vòng cộng hƣởng có rãnh (Split Ring Resonator - SRR) cấu trúc SRR dãy tuần hồn 10 Hình 1.5 Ngun lý hoạt động SRR để tạo µ < 11 Hình 1.6 Dạng tổng quát độ từ thẩm hiệu dụng cho mơ hình SRR với giả thiết vật liệu khơng có tổn hao 12 Hình 1.7 a) Cấu trúc SRR phân cực sóng điện từ; b) Sự biến đổi từ cấu trúc SRR thành cấu trúc cặp dây bị cắt (cut-wire pair - CWP) 13 Hình 1.8 a) Cấu trúc SRR; cấu trúc dây kim loại bị cắt (CW), định hƣớng điện trƣờng ngồi; b) Mơ hình mạch điện LC tƣơng đƣơng 13 Hình 1.9 Giản đồ giải thích phần thực âm chiết suất Các mũi tên cho thấy vị trí độ điện thẩm ε độ từ thẩm μ mặt phẳng phức 14 Hình 1.10 (Trái) a) Cấu trúc ERR, b) Cấu trúc CW c) Ô sở MPA dựa cấu trúc cộng hƣởng với phân cực sóng tới (Phải) Phổ hấp thụ mơ (nét liền), thực nghiệm (chấm tròn) tính tốn theo hàm Gauss dựa kết thực nghiệm (nét đứt, xám) Hình đính kèm kết mơ độ hấp thụ tần số cộng hƣởng giá trị góc tới khác 16 v Hình 1.11 Mẫu chế tạo siêu vật liệu a) dạng chiều b) dạng phẳng 18 Hình 1.12 Thí nghiệm hệ WPT bóng đèn 40 W a) khơng sử dụng siêu vật liệu, có sử dụng siêu vật liệu b) dạng chiều c) dạng phẳng 19 Hình 1.13 Nguyên tắc hoạt động siêu thấu kính dựa siêu vật liệu có chiết suất âm 20 Hình 1.14 Nguyên lý hoạt động áo chồng tàng hình 20 Hình 1.15 (a)Cấu trúc CWP, (b) giản đồ lai hóa, (c) phổ truyền qua cấu trúc CW cặp CW ( CWP) 22 Hình 1.16 Phân bố điện trƣờng từ trƣờng tƣơng ứng với cộng hƣởng a), b) đối xứng c), d) bất đối xứng cấu trúc CWP có hai vàng chiều dài 300 nm bề dày 10 nm cách 40 nm 23 Hình 1.17 a) Ơ sở cấu trúc CWP hai lớp b) mặt cắt cấu trúc CWP hai lớp c) mơ hình lai hóa bậc hai đề xuất với cấu trúc 24 Hình 1.18 Phổ truyền qua, phản xạ độ hấp thụ phụ thuộc vào khoảng cách CWP 26 Hình 1.19 Sự phụ thuộc độ từ thẩm vào tỉ số d/tđ CWP 27 Hình 2.1 Sơ đồ tiến trình nghiên cứu 28 Hình 2.2 (a) Cấu trúc lƣới đĩa hai lớp với phân cực sóng điện từ chiếu đến E(y), H(x), k(z), (b) Mẫu chế tạo (c) Phép đo đạc 29 Hình 2.3 Mơ hình lai hóa bậc hai cho cấu trúc lƣới đĩa hai lớp 32 Hình 2.4 Hệ thiết bị chế tạo siêu vật liệu đặt phòng Thí nghiệm trọng điểm Viện Khoa học Vật liệu 34 Hình 2.5 Quy trình chế tạo siêu vật liệu hoạt động vùng GHz 35 Hình 3.1 Phổ truyền qua (a) Thực nghiệm (b) mô DD MMs phụ thuộc vào khoảng cách hai lớp d với td = 1,27 mm Phần thực (c) chiết suất, độ điện thẩm ε độ từ thẩm µ (d) d = 3,6 mm, (e) d = 2,0 mm (f) d= 1,2 mm (g) Mơ phân bố dòng d = 1,2 mm 14,81 GHz 15,16 GHz 41 vi Hình 3.2 Mơ phân bố (a, b) lƣợng cảm ứng từ (c, d) lƣợng cảm ứng điện hai đỉnh truyền qua d = 1,2 mm 42 Hình 3.3 Phổ truyền qua (a) Thực nghiệm (b) Mô DD MM phụ thuộc vào chiều dày lớp điện môi td khoảng cách lớp cố định d = 1,2 mm Phần thực (c) chiết suất n, độ điện thẩm ε độ từ thẩm µ (d) td =1,91 mm, (e) td = 1,6 mm (f) td =1,27 mm 46 Hình 3.4 Ảnh hƣởng góc tới lên phổ truyền qua, phần thực chiết suất, độ điện thẩm từ thẩm dƣới mode phân cực (a), (c) TE (b), (d) TM 47 Hình 3.5 Ảnh hƣởng tổn hao điện môi lên phổ truyền qua cấu trúc lƣới đĩa 49 Hình 3.6 Ô sở cấu trúc lƣới đĩa (a) ba lớp mặt cắt dọc cấu trúc lƣới đĩa (b) ba lớp có lớp thứ nhất,(c) thứ hai (d) thứ ba bị nối tắt 50 Hình 3.7 (a) Phổ truyền qua (phía trên) phần thực chiết suất (phía dƣới) (b) Phần thực độ từ thẩm, điện thẩm cấu trúc lƣới đĩa ba lớp, cấu trúc lƣới đĩa ba lớp có lớp thứ nhất, thứ hai thứ ba bị nối tắt 51 Hình 3.8 Giản đồ lai hóa cho cấu trúc cặp đĩa ba lớp 53 Hình 3.9 Phân bố dòng đỉnh cộng hƣởng từ trƣờng hợp: cấu trúc cặp đĩa ba lớp (a) chƣa bị nối tắt (b) nối tắt lớp thứ (c) nối tắt lớp thứ hai (d) nối tắt lớp thứ ba 54 Hình 3.10 Mơ phổ truyền qua dựa theo số lớp khác cấu trúc lƣới đĩa 56 Hình 3.11 Phổ truyền qua phần thực chiết suất, độ từ thẩm, điện thẩm cấu trúc lƣới đĩa hoạt động tần số khác (a) 13,5-17 GHz, (b) 135-170 GHz, (c) 1,35-1,7 THz (d) 13,5-17 THz 57 vii Hình 3.12 (a) Phụ thuộc phổ truyền qua cấu trúc lƣới đĩa hai lớp vào độ dẫn kim loại vùng quang học (b) mơ dòng đỉnh tách tăng độ dẫn kim loại gấp lần Ag 58 Hình 3.13 Phụ thuộc phổ truyền qua cấu trúc lƣới đĩa mƣời lớp vào độ dẫn kim loại vùng quang học 59 viii lƣới đĩa hệ vùng chiết suất âm bị giảm Để tìm hiểu nguyên nhân giảm này, kết tính tốn độ từ thẩm điện thẩm cho trƣờng hợp chƣa nối tắt nối tắt lớp đƣợc trình bày hình 3.7(b) Hình 3.7(b) cho thấy tần plasma trƣờng hợp nối tắt không nối tắt lớn vùng tần số mang từ thẩm âm nên nguyên nhân mở rộng hay thu hẹp vùng truyền qua ứng với chiết suất âm hình 3.7(a) có ngun gốc từ mở rộng vùng cộng hƣởng từ Quan sát hình 3.7(b) cho thấy, trƣờng hợp ba lớp khơng bị nối tắt vùng cộng hƣởng từ tách thành ba đỉnh vùng từ thẩm âm rộng, nối tắt ba lớp lại hai đỉnh cộng hƣởng vùng từ thẩm âm bị thu hẹp lại, trƣờng hợp nối tắt lớp thứ hai hẹp hai trƣờng hợp lại Điều giải thích độ lớn việc giảm vùng có từ thẩm âm phụ thuộc vào lai hóa xảy hai lớp cặp đĩa cấu trúc lƣới đĩa lại có vị trí nhƣ so với Qua quan sát hình 3.7(b) cho thấy, vùng từ thẩm âm trƣờng hợp nối tắt lớp hoàn toàn trùng hợp với trƣờng hợp nối tắt lớp cuối Phần lại hệ có tính chất tách vạch độ rộng vùng cộng hƣởng từ giống nhƣ hệ lƣới đĩa hai lớp Mục 3.1.1 Điều cho thấy tính chất mở rộng vùng cộng hƣởng từ hệ cặp đĩa cấu trúc lƣới đĩa ba lớp đƣợc coi nhƣ lai hóa bậc ba cặp đĩa lớp với hệ cặp đĩa hai lớp Ngoài kết nghiên cứu cho thấy, phổ truyền qua vùng từ thẩm âm hoàn toàn khác với trƣờng hợp vơ hiệu hóa lớp lƣới Trong trƣờng hợp này, hệ thống lại hoạt động nhƣ hệ hai lớp có lai hóa yếu khoảng cách d từ lớp đĩa đầu đến lớp đĩa cuối dài Mode cộng hƣởng từ tách vùng cộng hƣởng rõ ràng hẹp so với hai lớp liên tiếp Tính chất lai hóa hệ cặp đĩa cấu trúc lƣới đĩa ba lớp đƣợc giải thích giản đồ lai hóa bậc ba đƣợc mơ tả hình 3.8 (tƣơng tự mơ hình bậc ba áp dụng cho cấu trúc CWP nghiên cứu [24]) 52 Hình 3.8 Giản đồ lai hóa cho cấu trúc cặp đĩa ba lớp Mode cộng hƣởng từ hệ cặp đĩa hai lớp, ( , , lớp tƣơng tác với hai mode , , tạo bốn mode kích thích , ) Trong hai mode , có mức lƣợng gần nhƣ mode , , nên cuối quan sát đƣợc ba đỉnh cộng hƣởng khác hệ cặp đĩa ba lớp nằm cấu trúc lƣới đĩa ba lớp (nhƣ quan sát thấy hình 3.7 (a) 3.7(b) Để làm sáng tỏ mở rộng vùng chiết suất âm có nguyên nhân từ mở rộng vùng cộng hƣởng từ lai hóa nhƣ giải thích trên, chúng tơi tiến hành mơ phân bố dòng chạy đĩa kim loại đỉnh cộng hƣởng (ứng với đỉnh truyền qua) đƣa hình 3.9 Kết hình 3.9 (a) cho thấy phân bố dòng ba đỉnh cộng hƣởng cho dòng cặp đĩa đối song, lần chứng tỏ thêm nguyên nhân cộng hƣởng từ đỉnh 53 Hình 3.9 Phân bố dòng đỉnh cộng hưởng từ trường hợp: cấu trúc cặp đĩa ba lớp (a) chưa bị nối tắt (b) nối tắt lớp thứ (c) nối tắt lớp thứ hai (d) nối tắt lớp thứ ba 54 Hình 3.9(b) - 3.9(d) phân bố dòng hai đỉnh cộng hƣởng nối tắt lớp thứ nhất, thứ hai thứ ba Kết cho thấy dòng cặp đĩa không bị nối tắt dòng đối song nhƣ có ngun nhân từ cộng hƣởng từ Ngồi ra, thấy rõ cặp đĩa bị nối tắt dòng chạy cặp khép kín nên vai trò tụ điện bị loại bỏ đồng nghĩa với cộng hƣởng từ không xảy lớp Các quan sát phân bố dòng hồn tồn phù hợp với giải thích Theo phân tích mở rộng vùng từ thẩm âm cho hệ ba lớp trên, cách tƣơng tự cách sử dụng hệ thống gồm N lớp, hƣởng ứng điện từ đƣợc giải thích nhƣ lai hóa lớp với (N-1) lớp, vùng có độ từ thẩm âm rộng thêm Nếu tần số plasma lớn vùng từ thẩm âm đƣợc mở rộng, ta thu đƣợc vùng có chiết âm ngày rộng thêm sử dụng cấu trúc lƣới đĩa N lớp Để chứng minh cho nhận định này, tiếp tục nghiên cứu mở rộng vùng chiết suất âm tăng số lớp lƣới đĩa lên 4, 5, 6, 10 lớp Kết mô phổ truyền qua hệ 3, 4, 5, 6, 10 lớp đƣợc đƣa hình 3.10 Kết hình 3.10 cho thấy vùng truyền qua ứng với chiết suất âm ngày mở rộng tăng số lớp Tuy nhiên tốc độ mở rộng giảm dần số lớp tăng lên làm cƣờng độ lai hóa yếu khoảng cách lớp đầu đến lớp cuối tăng lên Với trƣờng hợp 10 lớp cấu trúc, tỉ số vùng có chiết suất âm kép (vùng có đồng thời từ thẩm điện thẩm âm) vùng tần số hoạt động 11% Kết tƣơng đƣơng với số kết công bố gần [33, 34], nhiên cấu trúc sử dụng có ƣu điểm đơn giản khơng phụ thuộc phân cực 55 Hình 3.10 Mơ phổ truyền qua dựa theo số lớp khác cấu trúc lưới đĩa 3.2 Nghiên cứu mở rộng vùng chiết suất âm dựa cấu trúc lƣới đĩa đa lớp vùng quang học 3.2.1 Nghiên cứu mở rộng vùng chiết suất âm dựa cấu trúc lưới đĩa đa lớp vùng tần số khác Cuối cùng, việc khai thác cấu trúc DD để tạo NRI băng thông rộng đƣợc nghiên cứu chế độ tần số hoạt động khác (từ GHz đến chế độ THz vùng hồng ngoại), nhƣ Hình 3.11 Bằng cách giảm giá trị tham số cấu trúc cấu trúc lƣới đĩa hai lớp theo hệ số tỷ lệ 0,1; 0,01; 0,0001; 0,0004 dải tần số cộng hƣởng MM tăng từ GHz đến dải 56 milimet, THz vùng quang học (vùng hồng ngoại) Cần lƣu ý giữ tổn hao điện môi 0,00028 để quan sát tốt tƣợng lai hóa Do đó, chế độ tần số cao hơn, tổn thất Ohmic đóng vai trò quan trọng hơn, dẫn đến suy giảm đáng kể hiệu ứng lai hóa độ rộng vùng tần số NRI Hơn nữa, cƣờng độ dải truyền có chiết suất âm giảm đáng kể tần số cao Nguyên nhân động electron tự tần số cao đƣợc tăng lên, làm cho cộng hƣởng yếu Do đó, kết luận hiệu ứng lai hóa có hiệu dải tần số lên đến vài THz cấu trúc DD đƣợc thu nhỏ lại Tuy nhiên đƣa lên vùng quang học hiệu ứng lai hóa khơng hiệu Hình 3.11 Phổ truyền qua phần thực chiết suất, độ từ thẩm, điện thẩm cấu trúc lưới đĩa hoạt động tần số khác (a) 13,5-17 GHz, (b) 135-170 GHz, (c) 1,35-1,7 THz (d) 13,5-17 THz 3.2.2 Nghiên cứu mở rộng vùng chiết suất âm dựa cấu trúc lưới đĩa đa lớp vùng quang học Theo kết nghiên cứu cho thấy hiệu ứng lai hóa khơng hoạt động hiệu để mở rộng vùng chiết suất âm sử dụng lớp đồng làm kim loại hoạt động vùng quang học Nhƣ biết vùng tần số cao tổn hao ohmic đóng vai trò chủ yếu Vì vậy, nghiên cứu thay đổi độ dẫn lớp kim loại đến hiệu ứng lai hóa vùng quang học 57 Hình 3.12 (a) Phụ thuộc phổ truyền qua cấu trúc lưới đĩa hai lớp vào độ dẫn kim loại vùng quang học (b) mơ dòng đỉnh tách tăng độ dẫn kim loại gấp lần Ag Hình 3.12(a) kết mô ảnh hƣởng độ dẫn kim loại đến Phổ truyền qua cấu trúc lƣới đĩa hai lớp (lớp điện mơi sử dụng Teflon có tổn hao thấp) Kết nghiên cứu cho thấy độ dẫn tăng lên vùng truyền qua ứng với vùng chiết suất âm lại đƣợc mở rộng, hay nói khác hiệu tách vạch cộng hƣởng dựa mơ hình lai hóa lại hoạt hoạt động trở lại Ứng với độ dẫn vật liệu tăng gấp lần Ag hiệu ứng tách vạch lại xảy 58 hoàn toàn Để chứng minh thêm cho nhận định hình (b) kết mơ dòng hai đỉnh truyền qua độ dẫn vật liệu tăng lên gấp lần Ag Kết nghiên cứu cho thấy dòng đối song, điều chứng minh nguồn gốc cộng hƣởng từ các đỉnh Nhƣ hoàn tồn kết luận hiệu ứng lai hóa để tách vạch cộng hƣởng từ vùng quang học lại trở nên có hiệu tăng độ dẫn kim loại Trong thực tế, nghiên cứu gần cho thấy số loại graphen có độ dẫn cao gấp nhiều lần kim loại Vì vậy, vật liệu thay kim loại vùng quang học để hiệu ứng lai hóa hoạt động hiệu Các nghiên cứu ảnh hƣởng độ dẫn kim loại đến vùng chiết suất âm mở rộng dựa giản đồ lai hóa vùng quang học đƣợc thực với cấu trúc 10 lớp đƣợc đƣa hình 3.13 Kết nghiên cứu cho thấy hiệu lai hóa cấu trúc nhiều lớp trở nên hiệu độ dẫn kim loại tăng Đối với cấu trúc 10 lớp hiệu lai hóa tất lớp xảy hồn toàn độ dẫn kim loại cao gấp 20 lần Ag Hình 3.13 Phụ thuộc phổ truyền qua cấu trúc lưới đĩa mười lớp vào độ dẫn kim loại vùng quang học Các nghiên cứu ảnh hƣởng lớp điện môi độ dẫn kim loại đến hiệu tách vùng cộng hƣởng dựa mơ hình lai hóa cho thấy Sự tách 59 vạch cộng hƣởng từ dựa mơ hình lai hóa để mở rộng vùng chiết suất âm yếu tố ảnh hƣởng nhƣ khoảng cách hai lớp hay độ dày lớp điện mơi tổn hao lớp điện mơi độ dẫn kim loại có vai trò lớn Trong vùng tần số thấp ảnh hƣởng chủ yếu tổn hao điện mơi, vùng tần số cao độ dẫn đóng vai trò định 60 KẾT LUẬN CHUNG Qua trình nghiên cứu, luận văn đạt đƣợc số kết sau: Đã chứng minh mơ phỏng, thực nghiệm tính tốn tồn vùng chiết suất âm rộng sử dụng cấu trúc lƣới đĩa hai lớp dựa mơ hình lai hóa bậc hai Bằng cách điều khiển khoảng cách hai lớp lƣới đĩa độ dày lớp điện môi kết cho thấy vùng chiết suất âm rộng đƣợc tạo tối ƣu hóa vùng GHz Ngồi ra, chúng tơi vùng chiết suất âm đƣợc mở rộng dựa mơ hình lai hóa bị ảnh hƣởng chủ yếu mát lớp điện môi hoạt động vùng GHz mát ohmic hoạt động vùng tần số cao (THz quang học), ảnh hƣởng số lớp góc tới Đã nghiên cứu mơ hình lai hóa bậc ba ứng với ba lớp cấu trúc Kết cho thấy mơ hình giải thích lai hóa cho bậc cao ứng với số lớp Tỉ số vùng có chiết suất âm kép (vùng có đồng thời từ thẩm điện thẩm âm) vùng tần số hoạt động đạt đƣợc với mƣời lớp cấu trúc đạt 11% Kết góp phần đƣa loại siêu vật liệu đến ứng dụng thực tế sử dụng vùng chiết suất âm rộng 61 HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Nghiên cứu chế tạo thực nghiệm mở rộng vùng chiết suất âm vùng quang học 62 CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ ĐƢỢC CÔNG BỐ “Ảnh hƣởng tham số cấu trúc lên độ mở rộng vùng chiết suất âm cấu trúc lƣới đĩa dựa lai hóa plasmon” Nguyễn Thị Hiền*, Phạm Thị Mai Hiên, Nguyễn Thị Hƣơng, Bùi Văn Chỉnh, Nguyễn Xuân Ca Tạp chí Khoa học Công nghệ, Đại học Thái Nguyên, tập 190, số 14, 2018 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] J B Pendry, Phys Rev Lett 85, 3966 (2000) [2] S N Khanna, P Jena, Phys Rev Lett 69, 1664–1667 (1992) [3] S A Ramakrishna, T M Grzegorczyk, Physics and Applications of Negative refractive index Materials, Taylor and Francis Group, LLC (2009) [4] V G Veselago, Sov Phys Usp 10, 509 (1968) [5] R W Ziolkowski, Opt Express 11, 662 (2003) [6] J Chen, Y Wang, B Jia, T Geng, X Li, L Feng, W Qian, B Liang, X Zhang, M Gu, Nature Photonics 5, 239 (2011) [7] Y Zhang, F Ling, R Huang, and B Zhang, Optical Materials Express 8, 3729 (2018) [8] N T Tung, V D Lam, J W Park, M H Cho, J Y Rhee, W H Jang, Y P Lee, J Appl Phys 106, 053109 (2009) [9] J Garnett, Phil Trans R Soc Lond 203, 636 (1904) [10] Y Wu, J Li, Z Q Zhang, C T Chan, Phys Rev B 74, 085111 (2006) [11] D Wu, Y Liu, L Chen, R Ma, C Liu, C Xiang, R Li, H Ye, Plasmonics 13, 1287–1295 (2018) [12] N Landy, S Sajuyigbe, J Mock, D Smith, W Padilla, Phys Rev Lett 100, 207402 (2008) [13] C M Watts, X Liu, W J Padilla, Adv Mater 24, 98 (2012) [14] J B Pendry, A J Holden, W J Steward, I Youngs, Phys Rev Lett 76, 4773 (1996) [15] W Cai, V Shalaev, Optical Metamaterials: Fundamentals and Applications, Springer, New York, (2010) [16] J Pendry, A Holden, D Robbins, W Stewart, IEEE Trans Microw Theory Tech 47, 2075 (1999) 64 [17] J Zhou, E N Economon, T Koschny, C M Soukoulis, Opt Lett 31, 3620 (2006) [18] B Wang, K H Teo, T Nishino, W Yerazunis, J Barnwell, J Zhang, Appl Phys Lett 98, 254101 (2011) [19] B Wang, K H Teo, T Nishino, W Yerazunis, J Barnwell, J Zhang, Proceedings of European Conference on Antennas and Propagation, Rome, Italy, 3905-3908 (2011), [20] Nguyễn Thị Hiền, “Nghiên cứu ảnh hƣởng tham số cấu trúc lên dải tần làm việc siêu vật liệu có chiết suất âm”, luận án tiến sĩ, (2016) [21] B Kanté, S N Burokur, A Sellier, A Lustrac de, and J M Lourtioz, Phys Rev B.79, 075121 (2009) [22] N T Hien, B S Tung, N T Tuan, N T Tung, Y P Lee, N M An and V D Lam, Adv Nat Sci.: Nanosci Nanotech 5, 025013 (2014) [23] N T Tung, D T Viet, B S Tung, N V Hieu, P Lievens, V D Lam, App Phys Express 5, 112001 (2012) [24] N T Tung, B S Tung, E Janssens, P Lievens, and V D Lam, J Appl Phys 116, 083104 (2014) [25] A Ourir and H H Ouslimani, Appl Phys Lett 98, 113505 (2011) [26] Lei Lei, Shun Li, Haixuan Huang, Keyu Tao, and Ping Xu, Optics Express 26, 5686 (2018)] [27] Chen, T M Grzegorczyk, B I Wu, J Pacheco, J A Kong, Physical Review E 70, 016608 (2004) [28] N T Hien, B S Tung, S Yan, G A E Vandenbosch, P Lievens, V D Lam, E Janssens, Appl Phys Lett 109, 221902 (2016) [29] F Ling, Z Zhong, R Huang, B Zhang, Plasmonics 14, 695–701 (2019) [30] N T Hien, L N Le, P T Trang, B S Tung, N D Viet, P T Duyen, N M Thang, D T Viet, Y Lee, V D Lam, N T Tung, Comput Mater Sci 103, 189 (2015) 65 [31] M Kafesaki, I Tsiapa, N Katsarakis, Th Koschny, C.M Soukoulis, E.N.Economou, Phys Rev B 75, 235114 (2007) [32] Tung N T, Peter L., Lee Y P., Lam V D, Adv Nat Sci.: Nanosci Nanotechnol 2, 033001 (2011) [33] J Xiang, Y Yang, Z Zheng, B Xiang, X Cui, Plasmonics 14, 271 (2019) [34] M J Hossain , M R I Faruque, M J Alam, M F Mansor, M T Islam, Microwave and optical Technology letters 60, 2899-2907 (2018) 66 ... suất âm dựa cấu trúc lƣới đĩa hai lớp 39 3.1.2 Nghiên cứu mở rộng vùng chiết suất âm dựa cấu trúc lƣới đĩa đa lớp 50 3.2 Nghiên cứu mở rộng vùng chiết suất âm dựa cấu. .. cấu trúc lƣới đĩa đa lớp vùng quang học 56 3.2.1 Nghiên cứu mở rộng vùng chiết suất âm dựa cấu trúc lƣới đĩa đa lớp vùng tần số khác 56 3.2.2 Nghiên cứu mở rộng vùng chiết suất. .. HỌC PHẠM THỊ MAI HIÊN NGHIÊN CỨU SỰ MỞ RỘNG VÙNG TẦN SỐ CHIẾT SUẤT ÂM SỬ DỤNG CẤU TRÚC LƢỚI ĐĨA ĐA LỚP DỰA TRÊN SIÊU VẬT LIỆU Ngành: Quang học Mã số: 8440110 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÍ Ngƣời hƣớng