CHƯƠNG 4 VẬT LIỆU MPAs TÍCH HỢP GRAPHENE
4.4. Vật liệu MPA tích hợp graphene hấp thụ đẳng hướng theo cơ chế chồng chập
4.4.1. MPA cấu trúc CWP hình kim cương
Từ cấu trúc CW hình kim cương, cấu trúc CWP hình kim cương được phát triển bằng cách tiếp tục phủ lên bề mặt của cấu trúc CW (đã được in sẵn các hình kim cương) một lớp SiO2 và một lớp Au. Như vậy, cấu trúc CWP hình kim cương với bộ cộng hưởng gồm ba lớp Au/SiO2/Au hình kim cương được in trên đế Silicon (đã được phủ một lớp SiO2) như được trình bày trong Hình 4.20a,b.
Hình 4.20a mơ tả ơ ở sở của MPA khi nhìn xuống bề mặt cấu trúc dọc theo hướng tới của sóng điện từ, trong đó a là kích thước ơ cơ sở và l là kích thước hình kim cương. Độdày Si và SiO2 của lớp đếđược thiết kếtương ứng là td = 3 μm và tds
= 0,5 μm; bộ cộng hưởng hình kim cương với lớp Au có độ dày tm = 0,1 μm và lớp điện mơi SiO2 kẹp giữa có độ dày ts. Trong vùng tần số GHz, cấu trúc CWP đã được chứng minh có khả năng gây ra cộng hưởng điện và cộng hưởng từ khi tương tác với sóng điện từ, đặc biệt cấu trúc CWP hình kim cương có khả năng tạo ra sự chồng chập cộng hưởng điện và cộng hưởng từ tại cùng một tần số, do đó có thể hấp thụ hồn hảo sóng điện từ tại tần số cộng hưởng. Kết quả mơ phỏng, tính tốn độ truyền qua và độ hấp thụ của MPA cấu trúc CWP hình kim cương được trình bày trong Hình
4.20c,d. Trong đó, các tham số hình học được thiết kế gồm: độ dày của miếng đệm
SiO2 hình kim cương ts = 1,6 μm, kích thước của hình kim cương l = 55 μm, kích thước ơ cơ sở a có giá trị thay đổi từ 80 μm đến 130 μm. Có thể thấy với kích thước ơ cơ sở lớn, xuất hiện hai đỉnh cộng hưởng tương ứng với hai đỉnh hấp thụ.
Hình 4.20. Ơ cơ sở của vật liệu MPA cấu trúc CWP hình kim cương: (a) theo hướng
của sóng tới và (b) phân thành các lớp cấu trúc; kết quảmơ phỏng tính tốnkhi kích thước ơ cơ sở a thay đổi (a có đơn vị μm): (c) phổ truyền qua và (d) phổ hấp thụ.
Phổ hấp thụ trong Hình 4.20d cho thấy ứng với hai giá trị của a là 130 μm và 120 μm thì có hai đỉnh hấp thụ, trong đó đỉnh hấp thụ có tần 1,36 THz khơng thay đổi tần số (tương ứng với cộng hưởng từ). Mặt khác, khi a giảm từ 130 μm về 120 μm thì đỉnh hấp thụtương ứng với cộng hưởng điện có tần sốtăng từ 1,12 THz đến 1,21 THz. Khi a giảm đến giá trị 110 μm, phổ hấp thụ chỉ còn một đỉnh cộng hưởng với tần số 1,35 THz. Khi giá trị của a giảm từ 100 μm đến 80 μm, phổ hấp thụ duy trì một đỉnh hấp thụcường độ khoảng 90% ở tần số 1,34 THz. Với a bằng 80 μm, cường độ hấp thụ tại tần số cộng hưởng đạt được 92%. Có thể thấy MPA cấu trúc CWP hình kim cương sau khi tối ưu kích thước ơ cơ sở thì độ hấp thụ đạt được 92%, nhỏ hơn so với độ hấp thụ của MPA cấu trúc CWP hình đĩa trịn (98%). Tuy nhiên, từ phổ truyền qua ở Hình 4.20c có thể thấy bên ngồi dải tần hấp thụ, MPA cấu trúc CWP hình kim cương cho phép sóng điện từ truyền qua với độ truyền qua cao hơn độ truyền qua của MPA cấu trúc CWP hình đĩa (Hình 3.10). Mặt khác, CW hình kim cương do có đầu
Tần số (THz) Đ ộ h ấ p t h ụ Đ ộ tru y ề n qua (a) (b) (c) (d)
nhọn theo hướng phân cực điện trường được dự đốn tập trung điện tích nhiều hơn, dẫn đến khả năng điều khiển cộng hưởng điện tốt hơn.
Phổ hấp thụ của MPA cấu trúcCWP hình kim cương khi nối các cấu trúc kim cương ở các ô cơ sở liền kề dọc theo phương phân cực điện trường (CWP_E) được trình bày trong Hình 4.21. Tại tần số cộng hưởng của MPA cấu trúc CWP ban đầu, trong phổ hấp thụ của MPA cấu trúc CWP bị nối tắt vẫn duy trì một đỉnh hấp thụ nhưng biên độ giảm mạnh còn 30% (độ hấp thụ của CWP ban đầu là 92%). Sự tồn tại đỉnh hấp thụ của MPA cấu trúc CWP_E là do cộng hưởng từ gây ra, tương tự như đỉnh hấp thụ của MPA cấu trúc DP đã trình bày ở trên. Có thể thấy khảnăng điều khiển cường độ hấp thụ thông qua điều khiển cộng hưởng điện của MPA cấu trúc CWP hình kim cương có lợi thế hơn so với khả năng điều khiển cường độ hấp thụ thông qua điều khiển cộng hưởng điện của MPA cấu trúc DP.
Hình 4.21. Phổ hấp thụmơ phỏng của các MPAs cấu trúc CWP và CWP_E.