BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------
Đặng Hồng Lưu
NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU BIẾN HÓA
(METAMATERIALS) HẤP THỤ SÓNG ĐIỆN TỪ
VÙNG TẦN SỐ THZ
Chuyên ngành: Vật liệu điện tử
Mã số: 62.44.01.23
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU
Hà Nội - 2018
Công trình được hoàn thành tại: Học viện Khoa học Công
nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS. Vũ Đình Lãm
Người hướng dẫn khoa học 2: TS. Lê Đắc Tuyên
Phản biện 1:
Phản biện 2:
Phản biện 3:
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến
cấp Học viện, họp tại Học viện Khoa học Công nghệ - Viện
Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam vào hồi giờ ..’,
ngày … tháng … năm 201….
Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Thư viện Học viện Khoa học và Công nghệ
- Thư viện Quốc gia Việt Nam
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của luận án
Vật liệu biến hóa vật liệu cấu trúc nhân tạo với
một số tính chất đặc trưng chưa được tìm thấy trong vật liệu tự
nhiên. Cấu trúc của vật liệu biến hóa được thiết kế hợp lý bởi
các giả nguyên tử (nguyên tử biến hóa hay meta-atoms), chúng
tương tác với cả hai thành phần điện trường từ trường của
sóng điện từ theo cách hoàn toàn khác so với các loại vật liệu
truyền thống, do vậy có thể tạo ra những tính chất mới lạ không
tìm thấy trong tự nhiên. Hiện nay, nhiều tính chất của vật liệu
biến hóa đã được chứng minh bằng cả lý thuyết và thực nghiệm
một cách độc lập bởi nhiều nhóm nghiên cứu trên thế giới. Mặc
vậy, những phát hiện về các tính chất mới của vật liệu biến
hóa vẫn xuất hiện mỗi ngày và có tác động lớn đến cả ngành vật
lý nói riêng và các ngành khoa học trên thế giới nói chung.
c nghiên cứu đột phá cho đến nay thường tập trung
o vật liệu chiết suất âm, vật liệu hấp thụ sóng điện từ, hay
kết hợp hai loại vật liệu này cho những ứng dụng cụ thể. Vật liệu
biến hóa hấp thụ sóng điện từ khnăng hấp thụ sóng điện từ
với kích thước rất nhỏ so với bước ng nên nhiều ứng
dụng trong thực tế. Tại Việt Nam, các nghiên cứu về vật liệu biến
hóa đang được tập trung phát triển trong vùng tần số viba (GHz)
do những thuận lợi trong chế tạo và đo đạc.
Đối với vùng tần số Terahertz (THz), sự tương tác của
sóng điện từ với các cấu trúc vật liệu biến hóa kích thước
micro mét nano mét phức tạp hơn do c hiệu ứng lượng tử
mạnh n, bên cạnh đó công nghệ chế tạo kiểm chứng các
đặc tính hoạt động cũng phức tạp hơn. Hiện nay, công nghệ
2
THz đang được triển khai ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như:
quân sự, công nghệ thông tin truyền thông, sinh học y
khoa, đánh giá không phá hủy, kiểm tra an ninh, kiểm soát chất
lượng thực phẩm và nông sản, giám sát môi trường. Vì vậy, vật
liệu biến hóa hoạt động ở vùng tần số THz bắt đầu thu hút được
rất nhiều sự quan tâm của các nhà nghiên cứu trên thế giới, với
một số kết quả đáng chú ý trong chế tạo laser xung tần số THz,
máy quét an ninh thế hệ mới, công nghệ bảo mật an ninh
quốc phòng. Ngoài ra, đây còn một nền tảng quan trọng để
triển khai các nghiên cứu trong vùng ánh sáng nhìn thấy. Với
những lý do trên ,việc nghiên cứu vật liệu biến hóa hoạt động
tần số THz là rất quan trọng và cần thiết.
2. Mục tiêu nghn cứu của luận án
- Xây dựng cơ sở vật lý để nghiên cứu vật liệu biến hóa
hấp thụ sóng điện từ hoạt động ở vùng sóng tần số THz.
- Thiết kế, đưa ra mô hình, mô phỏng đặc tính vật liệu
biến hóa hấp thụ sóng điện từ vùng tần số THz. Tối ưu hóa
tham số cấu trúc nhằm tăng khả năng hấp thụ và mở rộng dải tần
làm việc, điều chỉnh tần số hoạt động bằngc động ngoại vi.
- Chế tạo vật liệu biến hóa hoạt động vùng tần số
THz. Nghiên cứu đặc tính điện từ của chúng khả năng ứng
dụng trong thực tế.
3. Các nội dung nghiên cứu chính của luận án
- Nghiên cứu vật liệu biến hóa hấp thụ sóng điện từ
tần số THz.
- Nghiên cứu tìm kiếm cấu trúc đơn giản,dễ chế
tạo,hoạt động tần số Thz với dải tần làm việc rộng khả
năng điều khiển tần số hoạt động bằng tác động ngoại vi.
3
- Nghiên cứu tìm kiếm ứng dụng của vật liệu biến hóa
trong thực tế.
Những đóng góp mới của luận án: Luận án đã đề xuất
cấu trúc vật liệu biến hóa hấp thụ sóng điện từ hoạt động vùng
tần số THz: (1) Đã tối ưu được cấu trúc vật liệu biến hóa để
tăng độ hấp thụ và mở rộng dải tần làm việc; (2) Đã đề xuất mô
hình điều khiển tính chất hấp thụ của vật liệu biến hóa bằng
kích thích quang nhiệt độ vùng tần số THz; (3) Đã chứng
tỏ vật liệu biến hóa có thể tăng cường tín hiệu dao động của các
phân tử thử nghiệm làm cảm biến phân tử protein cho
kết quả tốt.
Luận án được chia thành 5 chương như sau:
Chương 1. Tổng quan
Chương 2. Phương pháp nghiên cứu
Chương 3. Tối ưu cấu trúc vật liệu biến hóa hấp thụ
sóng điện từ
Chương 4. Điều khiển tần số hoạt động của vật liệu
biến hóa hấp thụ sóng điện từ và ứng dụng vật liệu biến hóa làm
cảm biến
Chương 5. Vật liệu biến hóa hấp thụ sóng điện từ trên
cơ sở hiệu ứng tương tác trường gần và hiệu ứng Babinet
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu chung về vật liệu biến hóa
Vật liệu biến hóa vật liệu cấu trúc nhân tạo, được
xây dựng dựa trên những “giả nguyên tử” sắp xếp theo một trật
tự nhất định tương tự như ô sở (unit-cell) trong mạng tinh
thể của vật liệu thông thường. Trong đó, kích thước của giả