Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu cấu trúc và tính chất của vật liệu biến hóa đa chức năng hấp thụ và chuyển đổi phân cực sóng điện từ

Trong lĩnh vực vật liệu điện từ, vật liệu biến hóa (Metamaterials - MMs) đã thu hút sự quan tâm lớn nhờ các đặc tính độc đáo như chiết suất âm, hiệu ứng Cherenkov ngược, và khả năng hấp thụ sóng điện từ gần tuyệt đối. Các nghiên cứu hiện nay tập trung vào việc điều khiển cấu trúc và tính chất của MMs để ứng dụng trong thiết kế bộ hấp thụ và bộ chuyển đổi phân cực sóng điện từ.

Các nhà nghiên cứu, kỹ sư, và sinh viên sau đại học trong lĩnh vực vật liệu điện tử, vật lý ứng dụng, kỹ thuật điện từ, và công nghệ nano, đặc biệt là những người quan tâm đến vật liệu biến hóa, hấp thụ sóng điện từ và chuyển đổi phân cực.

Luận án này tập trung nghiên cứu cấu trúc và tính chất của vật liệu biến hóa đa chức năng (Multifunction Metamaterial - MFM) có khả năng hấp thụ và chuyển đổi phân cực sóng điện từ. Mở đầu, luận án tổng quan về các loại vật liệu biến hóa (MMs), bao gồm vật liệu hấp thụ (MA) và vật liệu chuyển đổi phân cực (MPC), nhấn mạnh những hạn chế của các cấu trúc hiện có như băng thông hẹp hoặc hiệu suất chưa tối ưu khi hoạt động đa chức năng. Mục tiêu chính của nghiên cứu là thiết kế và khảo sát các MFM hiệu suất cao, băng thông rộng, hoạt động ở cả dải tần số GHz và THz, đồng thời làm rõ cơ chế vật lý chi phối hoạt động của chúng. Nội dung nghiên cứu bao gồm việc tìm hiểu cơ chế hoạt động của MMs hấp thụ và chuyển đổi phân cực, mô hình hóa và khảo sát ảnh hưởng của các thông số cấu trúc đến hiệu suất của MFM, cũng như chế tạo MFM hoạt động ở dải GHz. Những đóng góp mới của luận án bao gồm: đề xuất các cấu trúc MA sử dụng VO2 dạng đĩa tròn khoét lỗ hình vuông hoạt động ở vùng THz và các cấu trúc MPC sử dụng vòng cộng hưởng có rãnh hoạt động ở các băng tần S, C, X, Ku và THz, tạo tiền đề cho MFM; thiết kế và chế tạo thành công MFM tích hợp nước, đạt độ hấp thụ dải rộng trên 90% từ 16,4 - 24 GHz và hiệu suất chuyển đổi phân cực trên 90% từ 4,38 - 11,9 GHz; thiết kế và mô phỏng MFM tích hợp vật liệu chuyển pha VO2, đạt độ hấp thụ trên 90% từ 1,36 - 3,38 THz và hiệu suất chuyển đổi phân cực trên 90% từ 1,04 - 3,75 THz; và đánh giá, kiểm soát hiệu quả ảnh hưởng của các tham số cấu trúc, góc tới và góc phân cực đến hiệu suất hoạt động của MA, MPC và MFM đề xuất. Luận án không chỉ đóng góp vào việc xây dựng các mô hình MMs đa chức năng nhỏ gọn, dễ chế tạo và hiệu quả, mà còn mở rộng hệ thống kiến thức về MMs, đặc biệt là vật liệu đa chức năng, cung cấp tài liệu tham khảo quý giá cho cộng đồng khoa học.