Hình 1.16. Mô hình sử dụng cấu trúc SRR để điều khiển độ từ thẩm âm được
nhúng trong tinh thể lỏng [25]
Hình 1.16 mô tả mô hình điều khiển vùng có độ từ thẩm âm khi đưa thêm tinh thể lỏng vào trong cấu trúc SRR [24]. Sử dụng kỹ thuật quang khắc và ăn mòn để chế tạo các SRR trên đế có chiều dày 0,25 mm với hằng số điện môi 3,3. Các
vòng cộng hưởng có rãnh làm bằng đồng, chiều dày t = 0,03 mm; kích thước d1 = 0,8 nm; d2 = 1,6 mm; c = 0,2 mm; g = 0,3 mm; hằng số mạng là 5,0 mm được đặt trong hộp Teflon chứa tinh thể lỏng có hai trục quang học (n0 = 1,5; ne = 1,78).
Phổ truyền qua của mẫu được đo trong ba trường hợp: khi không có tinh thể lỏng, có tinh thể lỏng nhưng không đặt hiệu điện thế và có tinh thể lỏng với các điện trường khác nhau từ 0 đến 0,35 V/m (trình bày trên hình 1.17). Khi tinh thể lỏng được nhúng vào, tần số cộng hưởng bị dịch khoảng 2,14 GHz về phía tần số thấp (từ 13,22 đến 11,08 GHz). Khi có tinh thể lỏng, tần số cộng hưởng gây ra bởi cộng hưởng của vòng cộng hưởng có rãnh sẽ nhỏ hơn do điện dung giữa hai đầu vòng cộng hưởng tăng lên. Tần số cộng hưởng tiếp tục dịch về phía tần số thấp (từ 11,08 GHz đến 10,87 GHz) khi đặt điện trường ngoài thay đổi từ 0 đến 0,35 V/m. Độ dịch chuyển khi thay đổi điện trường vào khoảng 0,01 V/m. Sự thay đổi tẩn số cộng hưởng chứng tỏ độ từ thẩm và vị trí dịch chuyển có thể liên tục và đảo ngược bằng điện trường. Hiện tượng trên được giải thích là do phương quang trục của tinh thể lỏng phụ thuộc vào điện trường.
Hình 1.17. a) Phổ truyền qua khi điện trường ngoài thay đổi và b)tần số cộng hưởng từ phụ thuộc cường độ điện trường ngoài [25].
Sự thay đổi tần số cộng hưởng chứng tỏ rằng vùng có từ thẩm âm của vật liệu có thể thay đổi bằng điện trường ngoài. Độ từ thẩm hiệu dụng của SRR khi không có điện trường được tính theo công thức:
2 2 2 0 ( ) 1 F , i (1.24)
trong đó, F và tương ứng là tỷ số thể tích của ô cơ sở bị chiếm chỗ bởi SRR và hệ số tiêu tán. Với mô hình vật liệu đã được thiết kế, F = 0,05 và = 1010/4, giá trị của độ từ thẩm được tính cho các giá trị điện trường khác nhau mô tả như trên hình 1.18. Khi không có tinh thể lỏng, độ từ thẩm là âm trong khoảng tần số từ 13,24 GHz đến13,54 GHz. Khi có tinh thể lỏng, vùng tần số có độ từ thẩm âm dịch đỏ (dịch về phía vùng tần số thấp) do sự tăng độ điện thẩm hiệu dụng trong vùng tần số 11,08 GHz – 11,36 GHz. Khi điện trường được đặt vào, vùng tần số với độ từ thẩm âm là 10,98 GHz - 11,26 GHz và 10,86 GHz - 11,14 GHz tương ứng với điện trường đạt giá trị 0,067 V/m và 0,28 V/m. Đặc biệt, vùng tần số có độ từ thẩm âm cũng bị dịch về tần số thấp khi điện trường bằng không.
Hình 1.18. Kết quả tính toán độ từ thẩm hiệu dụng ứng với điện trường ngoài khác nhau [25].