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
3.5.2. Đặc tính hấp thụ của HMA cấu trúc cặp DP
Hình 3.23. Phổ hấp thụ mô phỏng của HMA cấu trúc cặp DP, CWP cấu trúc DP và HMA mà DP bị nối tắt.
Phổ hấp thụ mô phỏng của HMA cấu trúc cặp DP được trình bày trong Hình 3.23 (đường màu đen) cho thấy có hai đỉnh hấp thụ chính tại tần số 0,855 THz và 0,906 THz với cường độ lần lượt là 63% và 53%. Hình 3.23 cũng trình bày phổ hấp thụ của các MPA với cấu trúc DP và các HMA cấu trúc cặp DP bị nối tắt. Trong đó, đường màu xanh lam là phổ hấp thụ của HMA mà DP ở dưới bị nối tắt (HMA1); đường màu đỏ là phổ hấp thụ của HMA mà DP ở trên bị nối tắt (HMA2); đường màu tím là phổ hấp thụ của HMA mà cả hai DP đều bị nối tắt (HMA3). Quan sát phổ hấp thụ màu đen của HMA có thể thấy: ngoài hai đỉnh hấp thụ chính, còn một đỉnh hấp
Đ ộ h ấp th ụ Tần số (THz)
thụ tại tần số 1,09 THz với cường độ hấp thụ 28%. Trong các phổ hấp thụ của HMA1, HMA2 và HMA3 đều xuất hiện đỉnh hấp thụ với tần số gần với tần số 1,09 THz của đỉnh hấp thụ của HMA. Đặc biệt, trong phổ hấp thụ của HMA3, cường độ hấp thụ tại tần số 1,09 THz đạt 49%. Từ các kết quả trên có thể thấy rằng đỉnh hấp thụ của HMA tại tần số 1,09 THz là kết quả của cộng hưởng điện.
Với cấu trúc GHMA3, trong vùng tần số khảo sát, ngoài đỉnh hấp thụ tại tần số 1,09 THz, còn quan sát thấy hai đỉnh hấp thụ ở các tần số thấp hơn lần lượt là 0,7 THz và 0,88 THz với cường độ hấp thụ tương ứng là 6% và 20%. Do cấu trúc HMA3 đã được nối tắt cặp đĩa của bộ cộng hưởng (triệt tiêu các cộng hưởng từ) nên các đỉnh hấp thụ tại các tần số 0,7 THz và 0,88 THz của HMA3 là do các cộng hưởng điện gây ra. Ở vị trí tần số 0,7 THz, các phổ hấp thụ của HMA, HMA1 và HMA2 tương ứng đều xuất hiện gợn. Có thể khẳng định sự xuất hiện các gợn trong các phổ hấp thụ của HMA, HMA1, HMA2 tại tần số 0,7 THz là do cộng hưởng điện gây ra. Ở gần vị trí tần số 0,88 THz, các phổ hấp thụ của HMA1 và HMA2 đều xuất hiện các gợn, cụ thể: phổ hấp thụ của HMA1 xuất hiện gợn tại tần số 0,87 THz, phổ hấp thụ của HMA2 xuất hiện gợn tại tần số 0,89 THz. Có thể khẳng định các gợn của các phổ hấp thụ của HMA1 và của HMA2 tương ứng tại các tần số 0,87 THz, 0,89 THz là do cộng hưởng điện gây ra. Đồng thời cũng khẳng định được: đỉnh hấp thụ chính của HMA1 tại tần số 0,905 THz (với độ hấp thụ 47%), đỉnh hấp thụ chính của HMA2 tại tần số 0,857 THz (với độ hấp thụ 54%) đều do cộng hưởng từ gây ra. Trở lại với phổ hấp thụ của HMA, có thể thấy hai đỉnh hấp thụ chính tại tần số 0,885 THz và tại tần số 0,906 THz tương ứng với hai cộng hưởng từ do DP phía dưới và do DP phía trên gây ra. Như vậy, khi hai DP được ghép cặp để tạo thành cấu trúc HMA, thì sự kết cặp giữa hai DP làm suy giảm cộng hưởng từ ban đầu thành hai cộng hưởng từ lai. Sự suy giảm từ một cộng hưởng từ ban đầu thành hai cộng hưởng từ lai đã được nghiên cứu trong tài liệu [32, 166].
Điều đáng chú ý khi so sánh phổ hấp thụ của HMA với phổ hấp thụ của HMA1 và phổ hấp thụ của HMA2 là tại các tần số cộng hưởng từ, đỉnh hấp thụ của HMA cao hơn so với đỉnh hấp thụ của HMA1 và đỉnh hấp thụ của HMA2. Cụ thể: với đỉnh hấp thụ ở tần số thấp, đỉnh hấp thụ của HMA tại 0,855 THz đạt 63%, trong khi đó đỉnh hấp thụ của HMA2 tại 0,857 THz chỉ đạt 54%; với đỉnh hấp thụ tại tần số cao, đỉnh hấp thụ của HMA tại 0,906 THz đạt 53%, trong khi đó đỉnh hấp thụ của HMA1
tại 0,905 THz chỉ đạt 47%. Rõ ràng khi ghép cặp hai DP với nhau, cộng hưởng từ của mỗi DP ban đầu đã tách thành hai cộng hưởng từ đối với cặp DP (HMA), đồng thời độ hấp thụ tại tần số cộng hưởng khi lai hóa được tăng cường so với độ hấp thụ tại tần số cộng hưởng của mỗi DP ban đầu. Để làm rõ hơn nữa tính chất cộng hưởng từ tại hai tần số này, các mô phỏng phân bố dòng điện bề mặt, phân bố điện trường và phân bố từ trường được khảo sát.
Hình 3.24. Phân bố dòng điện bề mặt trên các đĩa Au của HMA: (a) tại tần số 0,855 THz và (b) tại tần số 0,906 THz.
Hình 3.25. Mô hình phân bố điện tíchvà dòng điện trên các đĩa Au của HMA. Hình 3.24 trình bày kết quả mô phỏng phân bố dòng điện trên các đĩa Au của HMA nhìn theo hướng từ trường của sóng tới tại các tần số 0,855 THz và 0,906 THz. Có thể thấy ở cả hai tần số cộng hưởng, dòng điện phân bố trên các đĩa Au của DP đều là dòng đối song. Điều đó chứng tỏ đỉnh hấp thụ tại hai tần số 0,855 THz và 0,906 THz là do cộng hưởng từ. Do dòng đện trên các đĩa Au của DP là đối song nên có thể mô hình hóa phân bố điện tích và dòng điện trên các đĩa Au của HMA như trong Hình
(a)
3.25. Mô hình phân bố điện tích và dòng điện này phù hợp với kết quả mô phỏng phân bố điện trường và phân bố từ trường được trình bày trong Hình 3.26 và Hình 3.27.
Hình 3.26. Phân bố điện trường trên mặt cắt yOz chứa đường kính của các đĩa kim loại: (a) ở tần số 0,855 THz và (b) ở tần số 0,906 THz.
Hình 3.27. Phân bố từ trường trên mặt cắt yOz chứa đường kính của các đĩa kim loại: (a) ở tần số 0,855 THz và (b) ở tần số 0,906 THz.
Từ Hình 3.26 có thể thấy điện trường được phân bố tập trung ở vùng không gian giữa hai đầu của cặp đĩa dọc theo hướng tác dụng điện trường của sóng tới. Tuy nhiên, ở cùng một pha phân tích với cùng tỉ lệ phân bố điện trường, tại tần số thấp 0,855 THz, điện trường phân bố tập trung ở không gian giữa hai DS của DP dưới, trong khi đó tại tần số cao 0,906 THz, điện trường phân bố tập trung ở không gian giữa hai DS của cả DP trên và DP dưới. Hình 3.27 chỉ ra từ trường phân bố tập trung ở vùng không gian giữa hai đĩa Au của DP. Với cùng tỉ lệ phân bố từ trường, phân bố từ trường trong vùng không gian giữa các DS của DP tại tần số 0,855 THz mạnh hơn
(a) (b)
(b) (a)
so với sự phân bốtại tần số 0,906 THz. Tại tần số 0,855 THz, từ trường phân bố mạnh hơn trong vùng không gian giữa hai DS của cặp DP dưới, ngược lại tại tần số 0,906 THz, từ trường phân bố mạnh hơn trong vùng không gian giữa hai DS của DP trên.
Hình 3.28 trình bày chi tiết phân bố điện trường tại hai tần số cộng hưởng tương ứng giữa hai DS của DP dưới và giữa hai DS của DP trên. Cụ thể, Hình 3.28a mô tả phân bố điện trường giữa hai đĩa Au của DP dưới tại tần số 0,855 THz, Hình 3.28b mô tả phân bố điện trường giữa hai đĩa Au của DP trên tại tần số 0,906 THz. Kết quả cho thấy, ở hai tần số cộng hưởng, điện trường phân bố tập trung ở hai đầu của DP.
Hình 3.28. Phân bố điện trường trong mặt phẳng xOy: (a) ở tần số 0,855 THz tại không gian giữa hai DS của DP dưới và (b) ở tần số 0,906 THz tại không gian giữa
hai DS của DP trên.
Hình 3.29. Phân bố từ trường trong mặt phẳng xOy: (a) tại tần số 0,855 THz ở vùng không gian giữa hai DS của DP dưới; (b) tại tần số 0,906 THz ở vùng không gian
giữa hai DS của DP trên.
(a) (b)
Từ Hình 3.24 cũng có thể thấy ở tần số 0,855 THz, dòng điện trên đĩa Au dưới cùng và ở mặt dưới của đĩa Au giữa phân bố mạnh hơn so với dòng điện ở đĩa Au trên cùng và ở mặt trên của đĩa Au giữa. Ngược lại tại tần số 0,906 THz dòng điện ở đĩa Au trên cùng và ở mặt trên của đĩa Au giữa phân bố mạnh hơn so với dòng điện trên đĩa Au dưới cùng và ở mặt dưới của đĩa Au giữa. Kết quả này phù hợp với phân bố từ trường trong Hình 3.27, rõ ràng với cùng thang tỉ lệ cường độ từ trường, tại tần số 0,855 THz từ trường phân bố tập trung ở vùng không gian giữa hai đĩa Au của DP dưới; tại tần số 0,906 THz, từ trường phân bố tập trung ở vùng không gian giữa hai đĩa Au của DP trên. Phân bố từ trường trên mặt cắt ngang của đĩa đệm điện môi của DP dưới và DP trên theo phương vuông góc với sóng điện từ tới tương ứng tại tần số 0,855 THz và 0,906 THz được trình bày trong Hình 3.29. Kết quả cũng cho thấy với cùng thang tỉ lệ cường độ từ trường, tại tần số 0,855 THz từ trường phân bố ở vùng không gian giữa hai đĩa Au của DP dưới mạnh hơn nhiều so với từ trường phân bố ở vùng không gian giữa hai đĩa Au của DP trên tại tần số 0,906 THz.
Như vậy, có thể khẳng định đỉnh hấp thụ tại tần số 0,855 THz do cộng hưởng từ của DP dưới gây ra, đỉnh hấp thụ tại tần số 0,906 THz do cộng hưởng từ của DP trên gây ra.