Luận án Nghiên cứu tích hợp vật liệu plasmonic hai chiều graphene và MoS2 trên cấu trúc vật liệu biến hóa hấp thụ sóng điện từ ở vùng tần số GHz và THz

Tên luận án:

NGHIÊN CỨU TÍCH HỢP VẬT LIỆU PLASMONIC HAI CHIỀU GRAPHENE VÀ MoS2 TRÊN CẤU TRÚC VẬT LIỆU BIẾN HÓA HẤP THỤ SÓNG ĐIỆN TỪ Ở VÙNG TẦN SỐ GHz VÀ THz

Ngành:

Vật liệu điện tử

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án tập trung nghiên cứu vật liệu biến hóa (metamaterials – MM) tích hợp vật liệu plasmonic hai chiều (2DP) như graphene và MoS2 để tối ưu đặc tính hấp thụ sóng điện từ ở vùng tần số GHz và THz. Mặc dù MMs hứa hẹn nhiều ứng dụng, chúng vẫn đối mặt với các thách thức về dải tần hoạt động, cấu trúc 3D, tích hợp thiết bị điện tử và thu nhỏ kích thước. Việc kết hợp MMs với 2DP được kỳ vọng giải quyết các vấn đề này, đặc biệt cho các ứng dụng viễn thông (4G/5G) ở vùng GHz.

Mục tiêu của luận án là làm rõ cơ chế hoạt động của các mô hình MPA-2DP dựa trên cộng hưởng điện từ, phối hợp trở kháng và cộng hưởng điện môi, đồng thời chế tạo và kiểm chứng thực nghiệm các mô hình này trong vùng GHz để kiểm soát biên độ và tần số hấp thụ đa đỉnh.

Những đóng góp chính bao gồm: làm rõ cơ chế hoạt động của mô hình MPA-2DP tích hợp mực in dẫn điện thấp trên nền graphene, đạt độ hấp thụ đa đỉnh trên 90% (ví dụ tại 6,85 GHz) và khả năng điều khiển độ hấp thụ tới 60% (tại 8,4 GHz), với hiệu suất tốt ở góc tới nhỏ và các góc phân cực khác nhau. Luận án cũng kiểm soát được sự thay đổi về biên độ và tần số hấp thụ trên dải tần rộng của MPA-2DP bằng cách tích hợp MoS2, đạt độ hấp thụ trên 90% từ 10,1-17,8 GHz với độ rộng tương đối (FBW) trên 55,2%.

Nghiên cứu đã khảo sát ảnh hưởng của tương tác trường gần (NF) trong các cấu trúc D-MPA và I-MPA với graphene, cho thấy khả năng điều khiển biên độ và tần số hấp thụ. Đặc tính plasmonic của graphene cũng được chứng minh có vai trò quan trọng trong việc duy trì đỉnh hấp thụ cao cho các cấu trúc biến dạng (uốn cong) ở GHz, và cho phép điều khiển biên độ/tần số hấp thụ ở THz thông qua thế hóa học. Đối với MoS2, vật liệu thể hiện đặc tính hấp thụ dải rộng ở GHz, mở rộng khi uốn cong, và đạt được hấp thụ đơn/đa đỉnh ở THz thông qua điều chỉnh độ cong của mẫu.

Các hướng phát triển tương lai bao gồm tăng số lượng dải tần chọn lọc, cải thiện độ ổn định, khả năng uốn dẻo, thu nhỏ kích thước, đánh giá đầy đủ các cấu trúc lai hóa và mở rộng khả năng điều khiển biên độ/pha sóng điện từ, hướng tới các ứng dụng trong che chắn sóng điện từ, tích trữ năng lượng, và cảm biến.

Mục lục chi tiết:

• MỞ ĐẦU

  • 1. Tính cấp thiết của luận án
  • 2. Mục tiêu của luận án
  • 3. Những đóng góp mới của luận án

• CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐẶC TÍNH HẤP THỤ SÓNG ĐIỆN TỪ CỦA VẬT LIỆU BIẾN HÓA TÍCH HỢP VẬT LIỆU PLASMONIC HAI CHIỀU

  • 1.1. Đặc trưng hấp thụ trong môi trường vật liệu biến hoá (MMs)
    • 1.1.1. Lý thuyết chung về hấp thụ tuyệt đối năng lượng sóng điện từ trong MM
    • 1.1.2. Sự phối hợp trở kháng hoàn hảo trong MPA-2DP
    • 1.1.3. Mô hình lý thuyết hiệu dụng cho đơn lớp cấu trúc MPA bất đẳng hướng
    • 1.1.4. Mô hình cấu trúc MPA bất đẳng hướng dựa trên hiệu ứng trong suốt cảm ứng điện từ
    • 1.1.5. Đặc tính hấp thụ của MPA có cấu trúc đẳng hướng
  • 1.2. Đặc tính điện từ của vật liệu hai chiều có cấu trúc tuần hoàn
    • 1.2.1. Mô hình lý thuyết Kubo cho đặc tính dẫn điện của Graphene
    • 1.2.2. Mô hình lý thuyết cho đặc tính dẫn điện của molybdenum disulfide (MoS2)
  • 1.3. Một số mô hình MPA tích hợp vật liệu plasmonic hai chiều (MPA-2DP)
    • 1.3.1. Cấu trúc MPA tích hợp một phần graphene
    • 1.3.2. Cấu trúc MPA dựa trên cộng hưởng mặt trước hoàn toàn bằng vật liệu 2D
  • 1.4. Tiềm năng ứng dụng của MM-2DP
    • Ứng dụng giảm thiểu tác động của bức xạ THz
    • Ứng dụng điều biến THz
    • Ứng dụng cảm biến THz

• KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

• CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM NGHIÊN CỨU MPA -2DP

  • 2.1. Mô hình tính toán lý thuyết MPA-2DP
  • 2.2. Một số kỹ thuật mô phỏng MPA-2DP
  • 2.3. Một số kỹ thuật chế tạo MPA và tích hợp vật liệu 2DP
    • 2.3.1. MPA tích hợp một phần vật liệu 2DP
    • 2.3.2. MPAs có cấu trúc cộng hưởng sử dụng vật liệu 2DP
  • 2.4. Đo đạc và khảo sát thực nghiệm đặc tính điện từ của MPA-2DP

• KẾT LUẬN CHƯƠNG II

• CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH HẤP THỤ CỦA VẬT LIỆU BIẾN HÓA TÍCH HỢP VẬT LIỆU PLASMONIC GRAPHENE

  • 3.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của graphene lên tính chất điện từ của vật liệu biến hóa hấp thụ sóng điện từ có hiệu ứng tương tác NF trực tiếp (D-MPA)
    • 3.1.1. Thiết kế - mô phỏng D-MPA
    • 3.1.2. Khảo sát sự biến thiên của phổ hấp thụ của theo tham số cấu tạo của cấu trúc D-MPA
    • 3.1.3. Chế tạo và nghiên cứu đặc tính hấp thụ của D-MPA tích hợp vật liệu plasmonic graphene
  • 3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của graphene lên tính chất điện từ của vật liệu biến hóa hấp thụ sóng điện từ có hiệu ứng tương tác NF gián tiếp (I-MPA)
    • 3.2.1. Nghiên cứu đặc trưng điện từ của cấu trúc vật liệu biến hóa có hiệu ứng NF gián tiếp
    • 3.2.2. Tối ưu mô hình cấu trúc I-MPA
    • 3.2.3. Thiết kế và mô phỏng cấu trúc vật liệu I-MPA tích hợp vật liệu plasmonic graphene
  • 3.3. Điều khiển đặc trưng hấp thụ của vật liệu MPA tích hợp vật liệu plasmonic graphene

• KẾT LUẬN CHƯƠNG 3

• CHƯƠNG 4: KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH HẤP THỤ TRONG MỘT SỐ MÔ HÌNH VẬT LIỆU BIẾN HÓA TÍCH HỢP VẬT LIỆU MoS2

  • 4.1. Nghiên cứu đặc trưng hấp thụ của MPA-2DP tích hợp MoS2 trong vùng tần số GHz.
    • 4.1.1. Thiết kế cấu trúc ô cơ sở MPA-2DP tích hợp MoS2 trong vùng tần số GHz.
    • 4.1.2. Mô phỏng các đặc trưng điện từ của MPA-2DP tích hợp MoS2 ở trạng thái phẳng
    • 4.1.3. Phân tích cơ chế hấp thụ của MPA-2DP tích hợp MoS2
    • 4.1.4. Sự ảnh hưởng của góc tới và góc phân cực lên đặc tính hấp thụ của MPA-2DP tích hợp MoS2
    • 4.1.5. Ảnh hưởng của biến dạng cong lên đặc trưng hấp thụ của MPA-2DP tích hợp MoS2
  • 4.2. Điều khiển biên độ và tần số hấp thụ của MPA-2DP tích hợp MoS2 trong vùng tần số THz

• KẾT LUẬN CHƯƠNG IV

• KẾT LUẬN CHUNG

• CÁC HƯỚNG PHÁT TRIỂN NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN

• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN