Tóm tắt Luận án Tiến sĩ: 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

Vật liệu biến hóa (metamaterial) với chiết suất âm (NRI-MM) đại diện cho một lĩnh vực nghiên cứu đột phá, mang đến tiềm năng ứng dụng to lớn trong nhiều công nghệ tiên tiến. Tuy nhiên, các thiết bị NRI-MM hiện tại vẫn đối mặt với những hạn chế đáng kể, chủ yếu là băng thông hoạt động hẹp và khả năng điều khiển thụ động sau chế tạo, gây tốn kém và không thực tế khi cần thay đổi đặc tính. Để khắc phục những thách thức này, nghiên cứu này khám phá một hướng tiếp cận mới: điều khiển đặc tính vùng chiết suất âm bằng cách khai thác hiệu ứng tương tác trường gần và tích hợp tác động ngoại vi, mở ra triển vọng cho các thiết bị linh hoạt và có khả năng cấu hình lại.

Các nhà nghiên cứu, học giả và sinh viên sau đại học trong các lĩnh vực khoa học vật liệu, vật lý, kỹ thuật điện tử, quang tử và điện từ học, đặc biệt quan tâm đến vật liệu biến hóa và thiết bị tần số cao.

Luận án này tập trung nghiên cứu điều khiển đặc tính vùng chiết suất âm của vật liệu biến hóa thông qua kết hợp hiệu ứng lai hóa plasmon và tác động ngoại vi. Mục tiêu chính là phát triển các hệ vật liệu linh hoạt, dễ tích hợp và chi phí thấp, thay thế các thành phần truyền thống trong metamaterial. Nghiên cứu làm rõ cơ chế vật lý của tương tác trường gần dưới ảnh hưởng của tác động ngoại vi (nhiệt, điện), định lượng khả năng điều khiển chiết suất âm và từ thẩm âm, đồng thời xác định ảnh hưởng của các yếu tố này đến tần số cộng hưởng, biên độ đáp ứng và khả năng mở rộng băng tần trong vùng GHz/THz. Các phương pháp bao gồm khai thác hiệu ứng lai hóa plasmon bậc 1 và 2 để mở rộng vùng cộng hưởng, tích hợp vật liệu chức năng như graphene và VO2 để điều khiển chủ động bằng điện áp hoặc nhiệt độ, và nghiên cứu cơ chế tương tác trường gần cùng ảnh hưởng của tổn hao điện môi, độ dẫn kim loại. Luận án đã đóng góp vào việc làm rõ bản chất điện từ và cơ chế điều khiển của NRI-MM tích hợp graphene và VO2 ở tần số THz, cho phép chuyển đổi giữa các trạng thái truyền qua và phản xạ, cũng như điều khiển vùng từ thẩm âm và chiết suất âm, tạo ra các đỉnh truyền qua với độ lọc lựa cao trong băng tần 6G. Các cấu trúc được thiết kế, chế tạo thực nghiệm và đo đạc thành công, mở ra nhiều ứng dụng tiềm năng trong thiết bị viễn thông (5G/6G), ăng-ten tái cấu hình, cảm biến và y sinh học.