(DNP) cho chiết suất âm rộng
Như trình bày ở trên, cấu trúc lưới đĩa hai lớp gồm hai thành phần: thành phần cặp đĩa hai lớp tạo ra vùng từ thẩm âm rộng dựa trên mô hình lai hóa bậc hai, còn các dây liên tục để tạo ra tần số plasma nhân tạo. Muốn thu được vùng có chiết suất âm rộng khi sử dụng cấu trúc này thì phải đảm bảo hai điều kiện: sự lai hóa phải xảy ra mạnh và nằm dưới tần số plasma nhân tạo. Trong luận văn để điều khiển độ rộng của vùng có chiết suất âm này, chúng tôi sử dụng tác dụng nhiệt làm thay đổi nồng độ hạt dẫn của chất bán dẫn InSb dẫn đến thay đổi hiệu quả lai hóa hai lớp và thay đổi tần số plasma nhân tạo. Các cơ sở lý thuyết để thực hiện điều này được trình bày sau đây.
Cơ sở lý thuyết để điều khiển vùng từ thẩm âm mở rộng do hiệu ứng lai hóa: Vùng chiết suất âm rộng trong cấu trúc DND đạt được là do sự chồng chập vùng từ thẩm âm rộng nhờ lai hóa mạnh và nằm dưới tần số plasma. Vùng từ thẩm âm rộng lại được tạo ra do thành phần hai lớp cấu trúc cặp đĩa, vì thế các tính toán mở rộng vùng từ thẩm âm trong cấu trúc này hoàn toàn tương tự với cấu trúc DPD đã trình bày trong mục 2.2.1.1. Chỉ khác là so với mô hình mạch điện LC của cấu trúc cặp đĩa đơn lớp, mô hình mạch điện LC của cấu trúc lưới đĩa có thêm thành phần Ln là do đóng góp của phần giống nút cổ chai tạo ra như đã phân tích trong phần tổng quan. Vì vậy với cấu trúc lưới đĩa đơn lớp, độ cảm ứng tổng cộng là:
( m km)( n kn) / ( m n km kn)
L L L L L L L L L (2.11)
trong đó Lm và Lmk được xác định từ công thức (2.4) và (2.5). Độ cảm ứng của phần như nút cổ chai là:
( 2 )( 2 ) 2 d m n t t a R L w ’ (2.12)
và độ cảm ứng động lượng của phần nút cổ chai là:
* 2 ( 2 ) . w kn m a R m L t Ne (2.13)
Như vậy, tương tự như cấu trúc DPD, trong cấu trúc DND hiệu quả lai hóa cũng phụ thuộc vào:
Thứ nhất là phụ thuộc khoảng cách hai lớp và chiều dày lớp điện môi theo các công thức (2.4), (2.6) và (2.12).
Thứ hai là khi nhiệt độ tăng nồng độ hạt tải tăng làm cho Lmk, Lnk, giảm theo công thức (2.5) và (2.13) dẫn đến L tổng cộng giảm và k tăng theo công thức (2.8). Tương tự như DPD, k tăng sẽ làm khoảng cách hai mode tách ra tăng hay nói khác đi hiệu quả lai hóa tăng.
Cơ sở lý thuyết để điều khiển tần số plasma nhân tạo: Theo tài liệu [4,20] thì tần số plasma tổng cộng chủ yếu là kết quả của các dao động tập thể của các điện tử trong các dây liên tục. Đối với InSb khối, tần số này được xác định bằng công thức [40]: 1/ 2 2 * 0 p Ne m
, với N là nồng độ hạt tải. Đối với dây liên tục, mật độ hiệu dụng của các điện tử linh động trong các dây liên tục InSb tỷ lệ với phần không gian bị chiếm bởi các dây theo công thức [4]: mw2 .
eff
t N N
a
Như vậy có thể thấy khi nhiệt độ tăng, nồng độ hạt tải N tăng làm cho tần số plasma bị dịch chuyển về phía tần số cao. Theo các nghiên cứu trước đây [14-15], thì nhiệt độ tăng cũng làm cho tần số cộng từ cơ bản cũng tăng nên vùng cộng hưởng từ mở rộng do lai hóa bậc hai cũng tăng theo. Kết quả là khi nhiệt độ tăng thì cả vùng cộng hưởng từ mở rộng cùng với tần số plasma sẽ dịch về phía tần số cao nên vẫn có thể đảm bảo điều kiện chồng chập của hai vùng này để tạo ra chiết suất âm. Vì vậy bằng cách dùng nhiệt độ có để điều khiển được độ rộng vùng chiết suất âm tạo ra dựa trên giản đồ lai hóa.