Hình 1.21: Hiệu ứng trung bình và hiệu ứng lai hóa trong các vật liệu MM.
Hình 1.22: Giản đồ mức năng lượng. Sự lai hóa trong vỏ nano kim loại là kết quả củasự tương tác giữa các plasmon ứng với quả cầu và hốc [33]. sự tương tác giữa các plasmon ứng với quả cầu và hốc [33].
Mặc dù vật liệu MM có nhiều tính chất và ứng dụng đa dạng, ý tưởng thiết kế của vật liệu lại tương đối đơn giản. Đó là tạo ra một môi trường hiệu dụng từ các vật chất được cấu thành từ các yếu tố rất nhỏ. Trong cách tiếp cận này, sự tương tác giữa các yếu tố cấu thành lân cận nhau thường được coi là không đáng kể và cả hệ được miêu tả thông qua việc tính trung bình. Tuy nhiên, một cách tiếp cận khác đang được nghiên cứu và áp dụng cho vật liệu MM để miêu tả các hiện tượng. Có thể thấy rằng,
tính chất cộng hưởng của một hệ dẫn phức tạp có thể được xem như là kết quả lai hóa của các yếu tố cơ bản khác nhau. Cách tiếp cận này đã thành công trong việc miêu tả các cộng hưởng plasmon trong rất nhiều cấu trúc nano [33]. Gần đây, các nhà nghiên cứu đã chứng minh được rằng mô hình lai hóa cũng có thể áp dụng được cho vật liệu MM khi mà vật liệu này vốn được cấu tạo từ rất nhiều yếu tố cộng hưởng.
Hình 1.23: (Từ trái sang phải) Cấu trúc CWP, giản đồ lai hóa và phổ truyền qua củacấu trúc CWP [17]. cấu trúc CWP [17].
Hình 1.24: Cấu trúc CWP bất đối xứng (trái) và giản đồ lai hóa nghịch đảo (phải)[17]. [17].
Một trong những ví dụ cơ bản là việc áp dụng mô hình lai hóa để mô tả cấu trúc CWP đề xuất bởi Kanté [17]. Cấu trúc CWP được biết đến như là một "nguyên tử meta" từ (magnetic meta-atom) dùng để tạo ra độ từ thẩm âm. Mặc dù vậy, bên cạnh cộng hưởng từ, cấu trúc CWP cũng thể hiện 1 cộng hưởng điện nằm ở tần số khác. Trên quan điểm mô hình lai hóa, hai cộng hưởng trên là kết quả của sự lai hóa giữa hai cấu trúc cộng hưởng CW đơn lẻ. Hình 1.23 cho thấy sự tương tác giữa 2 mode plasmon tương tự nhau khi 2 CW được đặt gần cạnh nhau. Kết quả là mức năng lượng ban đầu của CW đã bị kích thích thành 2 mức năng lượng mới. Mode bất đối xứng
|ω−iđược cảm ứng bởi lực hút sinh ra bởi các dao động ngược pha của các điện tích và do đó chúng nằm ở mức năng lượng thấp hơn. Mode đối xứng |ω+iứng với lực đẩy do các dao động cùng pha và nằm ở mức năng lượng cao hơn. Mode bất đối xứng chính là cộng hưởng từ và mode đối xứng là cộng hưởng điện. Thú vị hơn nữa, dựa trên mô hình lai hóa này, Kanté đã tạo ra được chiết suất âm chỉ với cấu trúc CWP mà không cần phải thêm vào lưới dây kim loại. Bằng cách dịch chuyển tương đối vị trí giữa 2 thanh CW, cộng hưởng điện và cộng hưởng từ sẽ tiến lại gần nhau và đến lúc nào đó giản đồ lai hóa sẽ bị nghịch đảo khi mà mode|ω−inằm ở mức năng lượng cao và mode |ω+i sẽ có mức năng lượng thấp. Hình 1.25 cho thấy ứng với độ dịch
dx=9.5mm, giá trị của chiết suất âm đã đạt được (các tham số cấu trúc khác có thể xem tại [17]).
Hình 1.25: (Từ trái sang phải) Kết quả mô phỏng và thực nghiệm phổ truyền qua,phản xạ, phần thực của chiết suất và phần ảo của chiết suất [17]. phản xạ, phần thực của chiết suất và phần ảo của chiết suất [17].
Gần đây, một hướng khác để tạo ra chiết suất âm mà không cần sử dụng đến lưới dây kim loại cũng đang được tập trung nghiên cứu. Cách tiếp cận này cũng dựa trên mô hình lai hóa nhưng không cần phải phá vỡ tính đối xứng của cấu trúc như phương pháp của Kanté. Bên cạnh mode bất đối xứng cơ bản, cộng hưởng từ có thể được tạo ra bởi mode bất đối xứng bậc cao. Sự chồng chập giữa mode này và mode đối xứng cơ bản dễ hơn rất nhiều so với sự chồng chập của 2 mode cơ bản. Hình 1.26 thể hiện mô hình lai hóa dùng để tạo ra chiết suất âm [35]. Mặc dù vậy, phương pháp sử dụng mode cộng hưởng bậc cao này có nhược điểm là tần sốn<0sẽ cao hơn và do đó ta cần phải hết sức cẩn thận vì lý thuyết môi trường hiệu dụng có thể sẽ không còn được thỏa mãn nữa.
Nhìn chung, mô hình lai hóa đang nổi lên như là một hướng nghiên cứu quan trọng của vật liệu MM. Thông qua đó, vật liệu chiết suất âm hoàn toàn có thể tạo ra mà chỉ
Hình 1.26: Giản đồ lai hóa của cấu trúc do nhóm Soukoulis đề xuất [35].dựa vào các nguyên tử từ cơ bản như CWP hoặc các SRR. Điều này có ý nghĩa quan dựa vào các nguyên tử từ cơ bản như CWP hoặc các SRR. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc chế tạo vật liệu MM ở vùng tần số cao. Việc loại bỏ lưới dây kim loại sẽ giảm thiếu tỷ lệ kim loại trong cấu trúc và do đó tổn hao của vật liệu sẽ thấp hơn rất nhiều.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU