BỘ GIÁO DỤC
VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
Nguyễn Hải Anh
NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN ĐẶC TÍNH
VÙNG CHIẾT SUẤT ÂM DỰA TRÊN HIỆU ỨNG
TƯƠNG TÁC TRƯỜNG GẦN CỦA VẬT LIỆU BIẾN HÓA
KẾT HỢP TÁC ĐỘNG NGOẠI VI
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT
Hà Nội – 2025
BỘ GIÁO DỤC
VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
Nguyễn Hải Anh
NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN ĐẶC TÍNH
VÙNG CHIẾT SUẤT ÂM DỰA TRÊN HIỆU ỨNG
TƯƠNG TÁC TRƯỜNG GẦN CỦA VẬT LIỆU BIẾN HÓA
KẾT HỢP TÁC ĐỘNG NGOẠI VI
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT
Ngành: Vật liệu điện tử
Mã số: 9 44 01 23
Xác nhận của Học viện
Khoa học và Công nghệ
Người hướng dẫn 2
GS.TS. Vũ Đình Lãm
Hà Nội – 2025
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận án:"Nghiên cứu điều khiển đặc tính vùng chiết suất âm
dựa trên hiệu ứng tương tác trường gần của vật liệu biến hóa kết hợp tác động ngoại
vi” là công trình nghiên cứu của chính mình dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS.
Nguyễn Thị Hiền và GS.TS. Vũ Đình Lãm. Luận án sử dụng thông tin trích dẫn từ
nhiều nguồn tham khảo khác nhau và các thông tin trích dẫn được ghi rõ nguồn gốc.
Các kết quả nghiên cứu của tôi được công bố chung với các tác giả khác đã được sự
nhất trí của đồng tác giả khi đưa vào luận án. Các số liệu, kết quả được trình bày trong
luận án là hoàn toàn trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ một công
trình nào khác ngoài các công trình công bố của tác giả. Luận án được hoàn thành
trong thời gian tôi làm nghiên cứu sinh tại Học viện Khoa học và Công nghệ, Viện
Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
Hà Nội, ngày ...... tháng ...... năm 2025
Tác giả luận án
Nguyễn Hải Anh
ii
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới GS.TS. Vũ Đình
Lãm và PGS.TS. Nguyễn Thị Hiền, hai thầy cô đã luôn tận tình hướng dẫn, định
hướng kịp thời và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận án này.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban Lãnh đạo cùng các Phòng chức
năng, Phòng thí nghiệm số phục vụ đào tạo và nghiên cứu khoa học của Học viện
Khoa học và Công nghệ, Ban Lãnh đạo Viện Khoa học vật liệu đã tạo điều kiện về
môi trường học tập và nghiên cứu chuyên nghiệp, hiện đại trong suốt quá trình tôi
thực hiện luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Bùi Xuân Khuyến, TS. Bùi Sơn Tùng,
các Thầy Cô, anh chị đồng nghiệp tại Phòng Vật liệu biến hóa và cảm biến - Viện
Khoa học vật liệu đã hỗ trợ triển khai các ý tưởng, nhiệm vụ khoa học, tạo điều kiện
cho tôi về cơ sở vật chất trong quá trình thực hiện luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn Tổ chức Khoa học và Giáo dục Gặp gỡ Việt Nam
đã trao học bổng cho tôi trong quá trình tôi học tập, nghiên cứu và thực hiện luận án.
Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã luôn truyền động
lực, tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận án này.
Hà Nội, ngày ...... tháng ...... năm 2025
Tác giả luận án
Nguyễn Hải Anh
iii
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VẬT LIỆU BIẾN HÓA CHIẾT SUẤT ÂM .......... 7
1.1 Giới thiệu chung về vật liệu biến hóa .................................................................. 7
1.1.1 Lịch sử hình thành và phát triển của vật liệu biến hóa ............................... 7
1.1.2 Các nguyên lý cơ bản trong nghiên cứu vật liệu biến hóa ....................... 10
1.2 Tổng quan về vật liệu biến hóa chiết suất âm .................................................... 12
1.2.1 Vật liệu có độ điện thẩm âm ..................................................................... 14
1.2.2 Vật liệu có độ từ thẩm âm ........................................................................ 16
1.2.3 Vật liệu biến hóa có chiết suất âm đơn và kép ......................................... 19
1.3 Mô hình lai hóa và cơ chế mở rộng vùng từ thẩm âm, chiết suất âm ................ 21
1.3.1 Cơ sở lý thuyết về lai hóa ......................................................................... 21
1.3.2 Mô hình lai hóa bậc I ................................................................................ 22
1.3.3 Mô hình lai hóa bậc cao ........................................................................... 24
1.4 Điều khiển vùng từ thẩm âm và chiết suất âm của vật liệu biến hóa bằng tác động
ngoại vi ..................................................................................................................... 30
1.4.1 Điều khiển đặc tính điện từ vùng từ thẩm âm và chiết suất âm bằng tác
động ngoại vi nhiệt ............................................................................................ 31
1.4.2 Điều khiển đặc tính vùng từ thẩm âm và chiết suất âm bằng tác động ngoại
vi điện trường .................................................................................................... 37
1.4.3 Điều khiển đặc tính vùng từ thẩm âm và chiết suất âm bằng tác động ngoại
vi từ trường ........................................................................................................ 38
1.4.4 Điều khiển đặc tính vùng từ thẩm âm và chiết suất âm bằng tác động ngoại
vi điện ................................................................................................................ 40
1.5 Kết luận chương 1 .............................................................................................. 42
2 CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................. 44
2.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết .................................................................... 45
2.1.1 Phương pháp mô phỏng ............................................................................ 45
2.1.2 Phương pháp tính toán .............................................................................. 48
2.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm............................................................... 55
2.2.1 Phương pháp chế tạo thực nghiệm ........................................................... 55
2.2.2 Phương pháp đo đạc thực nghiệm tham số tán xạ .................................... 58
2.3 Kết luận chương 2 .............................................................................................. 60
3 CHƯƠNG 3. ĐIỀU KHIỂN ĐẶC TÍNH ĐIỆN TỪ VÙNG TỪ THẨM ÂM,
CHIẾT SUẤT ÂM CỦA VẬT LIỆU BIẾN HÓA DỰA TRÊN LAI HÓA BẬC I 61
3.1 Kết quả nghiên cứu tính toán xác định các tham số điện từ của vật liệu biến hóa
có cấu trúc lưới đĩa kim loại ..................................................................................... 61
3.2 Điều khiển đặc tính điện từ vùng từ thẩm âm, chiết suất âm của vật liệu biến hóa
tích hợp graphene vào vùng điện môi dựa trên lai hoá bậc I ................................... 68