CHƯƠNG 3 VẬT LIỆU MPAs HẤP THỤ ĐẲNG HƯỚNG HAI CHIỀU
3.5. MPAs hấp thụ hai chiều theo cơ chế lai hóa cộng hưởng từ
3.5.3. Tối ưu hóa tính chất hấp thụ của HMA cấu trúc cặp DP
Hình 3.30. Phổ hấp thụ mô phỏng của cấu trúc HMA khi kích thước ô cơ sở của HMA thay đổi.
Tần số (THz) K íc h thư ớc a ( μm )
Như trên đã trình bày, do sự tương tác lai hóa giữa hai DP mà cộng hưởng từ đã tách thành hai cộng hưởng từ. Mỗi cộng hưởng từ này gây ra sự hấp thụ với độ hấp thụ lớn hơn so với độ hấp thụ gây ra bởi cộng hưởng từ của DP ban đầu. Bằng cách điều khiển các tham số cấu trúc và các tham số vật liệu, có thể chồng chập hai cộng hưởng từ này lại với nhau tại một vùng tần số cộng hưởng, từ đó hiệu suất hấp thụ được tăng cường. Hình 3.30 trình bày kết quả mô phỏng phổ hấp thụ của HMA trong vùng tần số từ 0,4 THz đến 1,2 THz khi giảm kích thước ô cơ sở của HMA với các tham số khác không thay đổi (đường kính của DP 100 μm, độ dày các đĩa đệm điện môi SiO2 2,5 μm, độ dày của đế Si 35 μm). Khi a giảm, đỉnh hấp thụ tại tần số cao dịch lại gần đỉnh hấp thụ tại tần số thấp, đồng thời cường độ hấp thụ tăng. Khi a
bằng 140 μm, hai đỉnh hấp thụ chập lại thành một đỉnh hấp thụ tại tần số 0,86 THz với độ hấp thụ đạt 80%. Khi a tiếp tục giảm từ 140 μm xuống 110 μm, đỉnh hấp thụ có tần số không đổi, cường độ hấp thụ tăng dần, đỉnh hấp thụ đạt 90% khi a bằng 135 μm, đỉnh hấp thụ đạt 93% khi a bằng 110 μm.
Hình 3.31. Phổ hấp thụ mô phỏng của các cấu trúc HMA, HMA1, HMA2, HMA3 với kích thước ô cơ sở bằng 110 μm.
Hình 3.31 trình bày các phổ hấp thụ mô phỏng của các cấu trúc HMA, HMA1, HMA2, HMA3 khi kích thước ô cơ sở bằng 110 μm. Hai phổ hấp thụ của hai cấu trúc HMA1 và HMA2 đều có một đỉnh hấp thụ với độ hấp thụ 74%, đỉnh hấp thụ của
Tần số (THz) Đ ộ h ấp th ụ
HMA1 tại tần 0,863 THz, đỉnh hấp thụ của HMA2 tại tần số 0,855 THz. Trong khi đó, phổ hấp thụ của HMA có đỉnh hấp thụ tại tần số 0,857 THz với độ hấp thụ 93%. Có thể thấy khi hai DP được ghép chồng chập lên nhau đã tăng cường được độ hấp thụ của HMA. Phổ hấp thụ của HMA3 được trình bày trong Hình 3.31 cho thấy trong vùng tần số khảo sát chỉ xuất hiện một đỉnh hấp thụ tại tần số 1,07 THz, đỉnh hấp thụ này do cộng hưởng điện gây ra. Như vậy, có thể khẳng định hai đỉnh hấp thụ của HMA1 và HMA2 tương ứng ở hai tần số 0,863 THz và 0,855 THz là do các cộng hưởng từ gây ra; đỉnh hấp thụ của HMA tại tần số 0,857 THz là do sự chồng chập hai cộng hưởng từ mà DP trên và DP dưới của HMA gây ra. Sự chồng chập hai cộng hưởng từ do DP trên và do DP dưới gây ra trong HMA đã dẫn đến sự hấp thụ với hiệu suất cao tại đỉnh cộng hưởng của HMA.
Hình 3.32. Phổ hấp thụ mô phỏng của HMA theo tần số khi góc tới θ thay đổi ở chế độ phân cực điện TE của sóng tới.
Các phân tích ở trên đã khẳng định bản chất đỉnh hấp thụ của HMA cấu trúc DP thu được là do cộng hưởng từ gây ra, vì vậy tính chất hấp thụ của HMA được kỳ vọng không nhạy với sự phân cực của góc tới. Các kết quả mô phỏng phổ hấp thụ của HMA khi góc tới θ thay đổi ở chế độ phân cực điện TE và ở chế độ phân cực TM của sóng tới lần lượt được trình bày trong Hình 3.32 và Hình 3.33.
Kết quả mô phỏng ở Hình 3.32 cho thấy: ở chế độ phân cực điện TE của sóng tới, tần số đỉnh hấp thụ của HMA gần như không đổi khi góc tới tăng từ 0o đến 60o. Đồng thời, cường độ hấp thụ tại đỉnh hấp thụ vẫn đạt trên 80% khi góc tới tăng lên
Tần số (THz) TE Góc tớ i t he ta θ ( độ )
đến 40o và vẫn đạt được trên 70% khi góc tới tăng lên đến 60o; khi góc tới lớn hơn 60o thì cường độ hấp thụ tại đỉnh hấp thụ giảm rõ rệt. Trong khi đó, kết quả mô phỏng ở Hình 3.33 cho thấy ở chế độ phân cực từ của sóng tới, đỉnh hấp thụ của HMA gần như không đổi cả tần số và cường độ hấp thụ khi góc tới tăng từ 0o đến 80o. Các kết quả này phù hợp với khẳng định ở trên rằng đỉnh hấp thụ của HMA do cộng hưởng từ gây ra và vì vậy tính chất hấp thụ của nó không nhạy với góc tới.
Hình 3.33. Phổ hấp thụ mô phỏng của HMA theo tần số khi góc tới θ thay đổi ở chế độ phân cực từ TM của sóng tới.
3.6. Kết luận
Dựa trên các kết quả thu được từ phương pháp mô phỏng, lý thuyết môi trường hiệu dụng và phân tích mạch LC tương đương, các đặc tính điện từ của MMs cấu trúc DS, MPA cấu trúc DP, MPA cấu trúc cặp DP đã được làm rõ. Đặc tính của cấu trúc DS có thể tạo ra cộng hưởng điện với sóng điện từ, trong khi cấu trúc DP có thể tạo ra đồng thời cộng hưởng điện và cộng hưởng từ với sóng điện từ. Cộng hưởng điện phụ thuộc chủ yếu vào kích thước ô cơ sở, trong khi đó cộng hưởng từ phụ thuộc chủ yếu vào kích thước của bộ cộng hưởng. Trong luận án này, chúng tôi đưa ra hai cách tiếp cận để tạo ra vật liệu MMs hấp thụ đẳng hướng hai chiều sử dụng cấu trúc CWP: i) một là bằng cơ chế chồng chập cộng hưởng và ii) hai là cơ chế lai hóa cộng hưởng từ. Bằng kỹ thuật mô phỏng, tính toán, áp dụng lý thuyết môi trường hiệu dụng và phân tích mô hình mạch điện LC, chúng tôi đã chứng minh được hai điểm. Thứ nhất, có thể điều khiển kích thước ô cơ sở của cấu trúc DP để cộng hưởng điện dịch chuyển
Tần số (THz) Góc tớ i t he ta θ ( độ ) TM
về phía cộng hưởng từ và chồng chập lên nhau. Bằng cách điều khiển các tham số cấu trúc có thể thiết kế DP hấp thụ hai chiều gần như hoàn hảo (98%) tại tần số mong muốn, trong khi đó bên ngoài dải tần hấp thụ, cấu trúc vẫn cho phép sóng điện từ truyền qua. Thứ hai, để khắc phục hạn chế khi thay đổi góc tới của sóng kích thích đối với cơ chế chồng chập cộng hưởng, chúng tôi đã đề xuất cơ chế lai hóa cộng hưởng từ. Bằng cách điều khiển tương tác trường gần giữa hai cộng hưởng từ đồng nhất, chúng tôi đã chứng minh được sự tăng cường hấp thụ trong cấu trúc CWP do lai hóa của hai cộng hưởng từ đồng nhất. Làm chủ khả năng thiết kế và tối ưu tính năng của những cấu trúc hấp thụ đẳng hướng hai chiều này là kết quả quan trọng trước khi tích hợp MPAs với graphene để điều khiển các tính chất của chúng theo mong muốn.
Các kết quả nghiên cứu trong chương này đã được đăng trên Tạp chí và trình bày báo cáo trong Hội nghị, cụ thể: 01 bài trên tạp chí ISI, 04 bài trên tạp chí quốc gia và 01 báo cáo trong Hội nghị quốc tế. Trong “Danh mục các công trình công bố của luận án” là các công trình: 4-7, 9, 13.