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

Tên 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

Ngành:

Vật liệu điện tử

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án tập trung giải quyết những hạn chế của vật liệu biến hóa chiết suất âm (NRI-MM), đặc biệt là vùng tần số hoạt động hẹp và khả năng điều khiển thụ động sau khi chế tạo. Để khắc phục, nghiên cứu này đề xuất phương pháp kết hợp lai hóa plasmon và tác động ngoại vi để điều khiển các đặc tính của vùng từ thẩm âm và chiết suất âm.

Mục tiêu chính bao gồm: lựa chọn hệ vật liệu linh hoạt, chi phí thấp cho MM chiết suất âm dựa trên tương tác trường gần, tối ưu hóa các tham số hoạt động như tần số cộng hưởng, băng thông, biên độ đáp ứng và hệ số phẩm chất trong dải GHz/THz. Đồng thời, luận án làm rõ cơ chế vật lý của tương tác trường gần dưới tác động ngoại vi (nhiệt, điện) để định lượng khả năng điều khiển chiết suất âm và từ thẩm âm, xác định ảnh hưởng của các yếu tố này đến dịch chuyển tần số, biến đổi biên độ đáp ứng và khả năng mở rộng/thu hẹp vùng chiết suất âm.

Những đóng góp chính của luận án là:

1. Làm rõ cơ chế điện từ và điều khiển bằng tác động điện trường thông qua tích hợp graphene vào NRI-MM lai hóa bậc I (THz), cho phép chuyển đổi giữa truyền qua chiết suất âm và phản xạ tại 1,25 THz bằng cách điều chỉnh mức Fermi.
2. Phát triển MMHGC (graphene thay thế kim loại) lai hóa bậc I (THz), đạt được chuyển đổi chiết suất dương/âm trong dải 1,8-2,7 THz và dịch chuyển tần số cộng hưởng khi thay đổi mức Fermi.
3. Tích hợp VO2 vào NRI-MM lai hóa bậc I (THz) để duy trì đỉnh truyền qua chiết suất âm ổn định (~70%) tại 0,293 THz và triệt tiêu đỉnh chiết suất dương khi thay đổi độ dẫn điện của VO2, đạt hệ số phẩm chất cao (~50).
4. Thiết kế, chế tạo và đo đạc thành công cấu trúc MM lai hóa bậc II sử dụng mực in graphene (GHz), điều chỉnh vùng từ thẩm âm thông qua điện trở bề mặt, giúp hợp nhất các đỉnh cộng hưởng.
5. Nghiên cứu cấu trúc MM lai hóa bậc II tích hợp VO2 (THz), chứng minh ba đỉnh cộng hưởng riêng biệt với đáp ứng khác nhau khi thay đổi độ dẫn điện VO2.

Luận án đã xây dựng cơ sở khoa học về cơ chế lai hóa plasmon và vai trò của vật liệu chức năng trong điều khiển vật liệu biến hóa, mở ra tiềm năng ứng dụng trong các thiết bị THz tái cấu hình, cảm biến sinh học, truyền thông 5G/6G và quang điện tử tiên tiến.

Mục lục chi tiết:

MỞ ĐẦU

• 1. Tính cấp thiết của luận án
• 2. Mục tiêu nghiên cứu
• 3. Nội dung nghiên cứu
• 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• 5. Những đóng góp mới

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VẬT LIỆU BIẾN HÓA CHIẾT SUẤT ÂM

• 1.1. Giới thiệu chung về vật liệu biến hóa
• 1.2. Tổng quan về vật liệu biến hóa chiết suất âm
• 1.3. Mô hình lai hóa và cơ chế mở rộng vùng chiết suất âm sử dụng mô hình lai hóa
• 1.4. Điều khiển vùng từ thẩm âm, chiết suất âm của vật liệu biến hóa bằng tác động ngoại vi

CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

• 2.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

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 1

• 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
• 3.2. Điều khiển đặc tính vùng từ thẩm âm, chiết suất âm của cấu trúc vật liệu biến hóa lai hóa bậc I hoạt động vùng THz tích hợp graphene
• 3.3. Điều khiển đặc tính điện từ vùng từ thẩm âm, chiết suất âm của vật liệu biến hóa tích hợp graphene thay thế thành phần kim loại dựa trên lai hoá bậc 1
• 3.4. Điều khiển đặc tính điện từ vùng từ thẩm âm, chiết suất âm của vật liệu biến hóa tích hợp VO2 dựa trên lai hoá bậc 1

CHƯƠNG 4. ĐIỀU KHIỂN ĐẶC TÍNH ĐIỆN TỪ VÙNG TỪ THẨM ÂM, CHIẾT SUẤT ÂM CỦA VẬT LIỆU BIẾN HÓA DỰA TRÊN LAI HÓA BẬC 11

• 4.1. Điều khiển đặc tính điện từ vùng từ thẩm âm, chiết suất âm của vật liệu biến hóa dựa trên lai hóa bậc II hoạt động vùng GHz tích hợp mực in graphene
• 4.2. Điều khiển đặc tính vùng từ thẩm âm, chiết suất âm của cấu trúc vật liệu biến hóa lai hóa bậc II hoạt động vùng THz tích hợp VO2

KẾT LUẬN

KIẾN NGHỊ NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO

DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN