CHƯƠNG 4 VẬT LIỆU MPAs TÍCH HỢP GRAPHENE
4.5. Vật liệu MPA tích hợp graphene hấp thụ đẳng hướng theo cơ chế lai hóa cộng
4.5.2. Tính chất hấp thụ của vật liệu MPA lai hóa tích hợp graphene
Hình 4.29 trình bày các phổ hấp thụ của MPA cấu trúc CWP lai hóa không có graphene (HMA) và của MPA cấu trúc CWP lai hóa tích hợp graphene (GHMA) khi thế hóa học của graphene bằng 0,0 eV. Có thể thấy rằng cấu trúc HMA thể hiện hai cực đại hấp thụ ở 0,73 THz và 0,78 THz với cường độ lần lượt là 43% và 42%. Sự tồn tại của hai cực đại hấp thụ tương ứng với hai cộng hưởng suy biến trong sơ đồ lai hóa bậc hai [32, 187]. Việc thêm lớp graphene với thế hóa học 0,0 eV không ảnh
hưởng đến sự lai hóa của CWP nhị trùng, ngoại trừ một phần đóng góp nhỏ vào tổng mức hấp thụ như mong đợi.
Hình 4.29. Phổ hấp thụ mô phỏng của MPA cấu trúc CWP lai hóa không có graphene (HMA) và của MPA lai hóa tích hợp graphene (GHMA) với thế hóa học
của graphene bằng 0,0 eV.
Hình 4.30. Phổ hấp thụ mô phỏng của HMA trong bốn trường hợp: ban đầu, khi cặp CW trên cùng bị nối tắt, khi cặp CW dưới cùng bị nối tắt, khi tất cả CWT bị nối tắt. Vị trí nối tắt ở hai đầu của các CW dọc theo hướng tác dụng điện trường của sóng
tới.
Để làm rõ hơn nữa tính chất hấp thụ quan sát được, chúng tôi thực hiện phân tích môi trường hiệu dụng của cấu trúc HMA. Trong đó, chúng tôi lần lượt loại bỏ cộng hưởng từ của từng cặp CW trong cấu trúc HMA bằng cách nối tắt các đầu của chúng. Các cấu trúc HMA minh họa trong Hình 4.30 so với cấu trúc GHMA chỉ có
Tần số (THz) Đ ộ h ấp th ụ Đ ộ h ấp th ụ Tần số (THz)
lớp graphene bị loại bỏ, trong khi lớp Silicon vẫn được giữ cho tất cả các tính toán đối với cấu trúc HMA. Các phổ hấp thụ của các HMA với CW hình vuông có dạng tương tự các phổ hấp thụ của các HMA với CW hình đĩa. Khi hai tấm kim loại của một CWP được nối tắt với nhau, cộng hưởng từ của nó không thể được kích thích [192]. Khi không có sự đóng góp của bất kỳ CWP nào, cộng hưởng từ của nó bị vô hiệu hóa và sự hấp thụ tương ứng sẽ biến mất.
Như được trình bày trong Hình 4.30, khi triệt tiêu cộng hưởng từ của CWP ở trên cùng, đỉnh hấp thụ tần số cao hơn hoàn toàn biến mất, trong khi đỉnh hấp thụ ở tần số thấp hơn của cặp CWP phía dưới chỉ bị giảm nhẹ (từ 43% xuống 38%). Sự khác biệt nhỏ này có thể là do sự kết hợp mang tính xây dựng yếu giữa các CWP. Điều ngược lại xảy ra khi nối tắt CWP dưới cùng. Từ những kết quả đó, có thể nói rằng cặp CW trên cùng gây ra đỉnh hấp thụ ở tần số cao (0,78 THz) và cặp CW dưới cùng gây ra đỉnh hấp thụ ở tần số thấp (0,73 THz). Đối với cả hai trường hợp, các hệ thống còn lại hoạt động giống như một CWP duy nhất, và như mong đợi, chỉ còn lại một đỉnh hấp thụ. Khi toàn bộ các CW Au của HMA bị nối tắt, sự hấp thụ hoàn toàn bị dập tắt. Tuy nhiên, rõ ràng cường độ hấp thụ tại hai đỉnh hấp thụ chính (tương ứng với sự lai hóa cộng hưởng từ) trong phổ hấp thụ của HMA với CW hình vuông (43% và 42%) thấp hơn nhiều so với cường độ hấp thụ tại hai đỉnh hấp thụ chính trong phổ hấp thụ của HMA với CW hình đĩa (63% và 53%). Nguyên nhân được lý giải do HMA với CW hình vuông có tính lai hóa mạnh hơn so với HMA với CW hình đĩa. Điều đó dẫn đến kỳ vọng về khả năng điều khiển cường độ hấp thụ thông qua điều khiển chồng chập cộng hưởng từ trong HMA với CW hình vuông là mạnh hơn so với trong HMA có CW hình đĩa.
Các kết quả mô phỏng sự phân bố dòng điện và phân bố điện trường E của cấu trúc bị nối tắt trong Hình 4.31 cũng cho thấy dòng điện đối song chạy trên cặp CW không bị nối tắt, đó là một dấu hiệu của cộng hưởng từ. Do đó, hai đỉnh hấp thụ được xác nhận là kết quả của cộng hưởng từ và chúng chỉ có nguồn gốc từ hai CWP. Sự hấp thụ tổng thể có thể được định lượng gần đúng là tổng của sự hấp thụ của mỗi CWP. Từ Hình 4.30 cũng nhận thấy một đỉnh hấp thụ nhỏ (khoảng 7%) xung quanh 0,7 THz sau khi tất cả cộng hưởng từ bị tắt. Đỉnh hấp thụ này có thể là do cộng hưởng điện phát ra từ các CW riêng lẻ [33, 178, 184]. Ngoài ra, một đỉnh hấp thụ nhỏ ở 0,95
THz cũng được phát hiện, đỉnh này cũng tồn tại khi các CW bị ngắn mạch, nguồn gốc của nó cũng được dự đoán là do cộng hưởng điện.
Hình 4.31. Kết quả mô phỏng phân bố dòng điện và phân bố điện trường: (a) tại tần số 0,74 THz khi CWP phía trên bị nối tắt, (b) tại tần số 0,77 THz khi CWP phía
dưới bị nối tắt, (c) tại tần số 0,74 THz và 0,77 THz của HMA ban đầu.