NGHIÊN cứu CHẾ tạo vật LIỆU META hấp THỤ HOÀN hảo dải tần số RỘNG VÙNG GHz DÙNG KHOANG CỘNG HƯỞNG điện từ

Việc nghiên cứu tính chất hấp thụ của vật liệu Meta sẽ là tiền đề cho hàng loạt ứng dụng tiềm năng trong công nghiệp như chế tạo vinhiệt kế, các phòng chắn bức xạ công nghiệp, pin mặt tr

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI

- 

 -NGUYỄN THÚY HIỀN

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU META HẤP THỤ

KHOANG CỘNG HƯỞNG ĐIỆN TỪ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT LÍ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI

- 

 -NGUYỄN THÚY HIỀN

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU META HẤP THỤ

KHOANG CỘNG HƯỞNG ĐIỆN TỪ

Chuyên ngành: Vật lí chất rắn

Mã số: 8.44.01.04

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT LÍ

Người hướng dẫn khoa học:

PGS.TS Trần Mạnh Cường

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi dưới sựhướng dẫn của PGS.TS Trần Mạnh Cường Các số liệu và tài liệu được tríchdẫn trong luận văn là trung thực Kết quả nghiên cứu này không trùng vớibất cứ công trình nào đã được công bố trước đó

Hà Nội, tháng 11 năm 2018

Nguyễn Thúy Hiền

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến PGS.TS Trần Mạnh Cường người thầy đã luôn tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, động viên và tạo điều

kiện thuận lợi nhất để tôi hoàn thành luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban chủ nhiệm khoa Vật Lý cùng các thầy,

cô trong tổ bộ môn Vật lí chất rắn của trường ĐHSP Hà Nội đã giúp đỡ tôitrong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, cô bên viện Radar – Viện Khoahọc và Công nghệ quân sự đã tạo điều kiện giúp tôi trong đo đạc, khảo sát kếtquả thực nghiệm của luận văn này

Tôn xin cảm ơn đề tài Nafosted (Mã số: 103.99 – 2017.26) đã hỗ trợ tôitrong quá trình thực hiện luận văn

Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn tới gia đình và bạn bè đã giúp đỡ,động viên, tạo điều kiện cho tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu để tôihoàn thành tốt đề tài luận văn của mình

Tôi xin chân thành cảm ơn!

HỌC VIÊN

Nguyễn Thúy Hiền

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

DANH MỤC KÍ HIỆU VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG BIỂU

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU META 4

1.1 Khái niệm vật liệu Meta 4

1.2 Phân loại Vật liệu Meta 6

1.3 Ứng dụng vật liệu Meta 8

1.4 Tổng quan vật liệu Meta hấp thụ tuyệt đối sóng điện từ 11

1.4.1 Cơ chế hấp thụ sóng điện từ của vật liệu Meta 11

1.4.2 Vật liệu Meta hấp thụ hoàn hảo sóng điện từ 12

1.5 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 15

CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC NGHIÊN CỨU VÀ KẾT QUẢ TỐI ƯU 17

2.1 Quy trình nghiên cứu vật liệu Meta 17

2.2 Phương pháp nghiên cứu vật liệu Meta 17

2.2.1 Phương pháp mô phỏng vật lí 18

2.2.2 Phương pháp thực nghiệm 21

2.3 Cấu trúc nghiên cứu và kết quả mô phỏng 22

2.4 Tối ưu hóa cấu trúc khoang cộng hưởng 32

CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM 46

3.1 Công nghệ chế tạo mẫu 46

3.2 Kết quả thực nghiệm 49

KẾT LUẬN CHUNG 52

TÀI LIỆU THAM KHẢO 53

DANH MỤC KÍ HIỆU VIẾT TẮT

MPA : Metamaterial Perfect Absorber

CST : Phần mềm mô phỏng CST Microwave studio

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1: Bảng tổng hợp đỉnh hấp thụ và độ hấp thụ của cấu trúc tối ưu 38Bảng 2.2: Bảng tổng hợp các đỉnh hấp thụ, độ hấp thụ, lớp tập trung điệntrường của khoang ở cấu trúc tối ưu 44

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1: Cấu trúc giữa vật liệu truyền thống và vật liệu Meta 5Hình 1.2: Sơ đồ mối liên hệ giữa � và � 7Hình 1.3: Đường đi của ánh sáng đi qua (a) Thấu kính thường có chiết suấtdương và (b) Thấu kính có chiết suất âm 8Hình 1.4: Nguyên tắc hoạt động của siêu thấu kính [8] 8Hình 1.5: Sự tương tác giữa sóng điện từ (hay ánh sáng) với vật chất (1)Sóng tới, (2) Sóng phản xạ, (3) Sóng truyền qua và (4) Sóng hấp thụ 9Hình 1.6: Đường đi của sóng điện từ trong siêu vật liệu: (A) Biểu hiện haichiều, vật bị phủ là quả cầu tròn có bán kính R1 và lớp phủ có bề dày (R2-R1)ánh sáng có thể bị bẻ cong làm vật thể được “tàng hình” và (B) Biểu hiện bachiều [23] 10Hình 1.7: Thứ tự từ trái sang phải Hình trái: một vật tròn được nhìn thấy.Hình giữa: vật tròn được phủ kín bởi siêu vật liệu [32] 10Hình 1.8: (a) Sơ đồ cấu trúc 3 chiều và kích thước ô cơ sở Màu nâu đỏ tượngtrưng cho lá đồng kim loại và màu xanh dương nhạt biểu thị điện môi FR-4

px = 24 mm, py= 24 mm, t1 = 6,3 mm, t2 = 3,6 mm, b1 = 11 mm, b2 = 6,6 mm,

tm = 0,018 mm, td = 0,2 mm và h = 4,36 mm (b) Phổ hấp thụ mô phỏng, thựcnghiệm và mẫu chế tạo của vật liệu [18] 14Hình 1.9: Cấu trúc đề suất: (a) khung nhìn trên cùng, (b) ô đơn vị ba chiều (3-D), và (c) xem mặt cắt ngang trung tâm của ô cơ sở [20] 15Hình 2.1: Sơ đồ quy trình nghiên cứu MPA hoạt động trong vùng tần số GHzdựa trên sự kết hợp giữa mô phỏng và thực nghiệm 17Hình 2.2: Màn hình giao diện của phần mềm CST 19Hình 2.3: (a) Vật liệu MPA cấu trúc Landy, (b) Kết quả mô phỏng phổ phản

xạ, truyền qua và hấp thụ của vật liệu MPA cấu trúc Landy năm 2008 [12] 21

Hình 2.4: (a) Ô cơ sở của cấu trúc khoang 4 lớp (b) Tham số cấu trúc ô cơ sở 23Hình 2.5: (a) Ô cơ sở khoang 1 lớp (b) Kết quả mô phỏng phổ hấp thụkhoang 1 lớp 24Hình 2.6: Mật độ điện trường của cấu trúc khoang 1 lớp tại tần số f = 6.15GHz và f = 8.36 GHz 25Hình 2.7: Mật độ từ trường của cấu trúc khoang 1 lớp tại tần số f = 6.15 GHz

và f = 8.36 GHz 25Hình 2.8: (a) Ô cơ sở khoang 2 lớp (b) Kết quả mô phỏng phổ hấp thụkhoang 2 lớp 27Hình 2.9: (a) Ô cơ sở khoang 3 lớp (b) Kết quả mô phỏng phổ hấp thụkhoang 3 lớp 29Hình 2.10: (a) Ô cơ sở khoang 4 lớp (b) Kết quả mô phỏng phổ hấp thụkhoang 4 lớp 31Hình 2.11: Kích thước bản đồng rỗng lớp 4 với b4 =16 mm, c4 = 16 mm; b4 =

18 mm, c4 =16 mm; b4 = 11.5mm, c4 = 16 mm 33Hình 2.12: Kết quả mô phỏng phổ hấp thụ khi thay đổi cấu trúc lớp 4 với b4 =

18 mm, b4 = 23 mm 33Hình 2.13: Kết quả mô phỏng phổ hấp thụ khi thay đổi cấu trúc lớp 2 với b2 =

c2 =14 mm 34Hình 2.14: Kết quả mô phỏng phổ hấp thụ khi thay đổi cấu trúc lớp 1 với b1 =

c1 = 12 mm 35Hình 2.15: Kết quả mô phỏng phổ hấp thụ khi thay đổi cấu trúc lớp 2 với b2 =

20 mm, c2 = 14 mm 36Hình 2.16: Kết quả mô phỏng phổ hấp thụ khi thay đổi cấu trúc lớp 1 với b1 =

c1 = 11mm 37

Hình 2.16: Kích thước bản đồng rỗng lớp 1, lớp 2, lớp 3, lớp 4 của cấu trúc

tối ưu 38

Hình 2.17: Kết quả mô phỏng phổ hấp thụ của cấu trúc tối ưu 39

Hình 2.18: Mật độ điện trường tại tần số f=5.34 GHz 40

Hình 2.19: Mật độ điện trường tại tần số f = 5.51 GHz 40

Hình 2.20: Mật độ iện trường tại tần số f = 5.93 GHz 41

Hình 2.21: Mật độ điện trường tại tần số f = 6.48 GHz 41

Hình 2.22: Mật độ điện trường tại tần số f = 7.22 GHz 42

Hình 2.23: Mật độ điện trường tại tần số f = 7.64 GHz 42

Hình 2.24: Mật độ điện trường tại tần số f = 7.81 GHz 43

Hình 2.25: Mật độ điện trường tại tần số f = 8.35 GHz 43

Hình 2.26: Mật độ điện trường tại tần số f=8.79 GHz 44

Hình 3.1: Quy trình chế tạo vật liệu Meta [2] 47

Hình 3.2: Hình ảnh các tấm phim làm mạch in ở các lớp cấu trúc 48

Hình 3.3: Mẫu chế tạo các lớp khoang nghiên cứu với tm = 1.6 mm, td = 0.03 mm và kích thước bản đồng rỗng các lớp b1 = c1 = 11 mm, b2 = 20 mm, c2 = 7 mm, b3 = c3 = 16 mm, b4 = 23 mm, c4 = 16 mm 48

Hình 3.4: Mẫu chế tạo khoang 4 lớp sau khi các lớp được ghép lại 49

Hình 3.5: Thiết bị phân tích mạng vectơ 49

Hình 3.6: Phổ phản xạ khoang cấu trúc tối ưu thu được từ thực nghiệm 50

Hình 3.7: Phổ hấp thụ cấu trúc tối ưu thu được từ mô phỏng và thực nghiệm 50

MỞ ĐẦU

Ngày nay, việc tìm ra được những vật liệu mới có tính chất tốt hơn sovới vật liệu tự nhiên đã thu hút được sự quan tâm và nghiên cứu của đông đảocác nhà khoa học trên thế giới Một trong những vật liệu có ý nghĩa to lớn trongcuộc cách mạng vật liệu mới là vật liệu Meta Với những tính chất đặc biệt vàkhả năng ứng dụng thực tiễn đầy triển vọng vật liệu Meta đã nhận sự đầu tư rấtlớn về mặt kinh phí, số lượng các công trình công bố liên quan đến vật liệu này

đã tăng đột biến trong những năm qua Vật liệu Meta có chiết suất âm là địnhhướng nghiên cứu đầu tiên thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học Tínhchất của vật liệu Meta chiết suất âm được tiên đoán về mặt lý thuyết bởiVeselago từ năm 1968 [27] Trên cơ sở lí thuyết của Veselago, Smith cùng với

các cộng sự đã chứng minh bằng thực nghiệm vào năm 2000 [26] Vật liệu

Meta chiết suất âm là sự kết hợp hoàn hảo của hai thành phần điện và từ tạonên vật liệu đồng thời có độ từ thẩm âm (μ < 0) và độ điện thẩm âm (ε < 0) trêncùng một dải tần số Từ đó dẫn đến những tính chất điện từ và quang học bấtthường trong vật liệu như: sự nghịch đảo trong dịch chuyển Doppler, sự nghịchđảo của định luật Snell và sự nghịch đảo của phát xạ Cherenkov… Do đó, vậtliệu Meta chiết suất âm nói riêng và vật liệu Meta nói chung được quan tâmnghiên cứu đặc biệt vì những tiềm năng ứng dụng to lớn của nó Một trongnhững ứng dụng nổi bật của vật liệu này là siêu thấu kính được đề xuất bởiPendry vào năm 2000 và “áo choàng tàng hình” được đề xuất và chứng minhtại vùng GHz bởi Schurig và các cộng sự năm 2006…

Trong những năm gần đây một tính chất mới được phát hiện và nghiêncứu của vật liệu Meta đó là Meta hấp thụ hoàn hảo sóng điện từ (metamaterialperfect absorber – MPA) Năm 2008, vật liệu MPA đã được đề xuất và kiểm

chứng bằng thực nghiệm bởi Landy và các cộng sự [12] Loại vật liệu MPAđược nghiên cứu nhiều hiện nay là MPA có lớp kim loại làm bằng đồng và cólớp thứ ba là tấm kim loại kín để độ truyền qua bằng không Các cấu trúc đãđược chế tạo thành công như cấu trúc chữ I, vòng tròn, đĩa tròn…[3, 1] Với

độ dày không đáng kể so với bước sóng hoạt động (nhỏ hơn λ/10) và có thểđiều chỉnh được trở kháng chúng ta có thể thiết kế và chế tạo vật liệu Metahấp thụ hoàn hảo sóng điện từ chiếu tới (A~100%) hoạt động trên các dải tần

số mong muốn khác nhau từ vùng vi sóng đến vùng hồng ngoại và thậm chí

cả vùng ánh sáng nhìn thấy Việc nghiên cứu tính chất hấp thụ của vật liệu Meta

sẽ là tiền đề cho hàng loạt ứng dụng tiềm năng trong công nghiệp như chế tạo vinhiệt kế, các phòng chắn bức xạ công nghiệp, pin mặt trời hiệu suất cao… vàđặc biệt trong lĩnh vực quốc phòng giúp thay đổi hướng đi của sóng điện từ,tàng hình ảnh nhiệt, tác chiến ban đêm…

Vật liệu Meta hoạt động dựa trên các cộng hưởng điện từ khi tương tácvới các thành phần điện Er

và thành phần từ Hr

của sóng điện từ chiếu đến.Dựa trên tính chất này chúng tôi xây dựng cấu trúc khoang cộng hưởng sâuvới các lớp kim loại và điện môi xen kẽ để tạo ra vật liệu MPA hấp thụ hoànhảo sóng điện từ theo một phương thức mới Cách tiếp cận mới này giúp chocấu trúc có thể được khảo sát toàn diện hơn và các bài toán khác có thể đặt ranhư áp dụng khoang với kích thước khác nhau, sắp xếp khoang trong vậtliệu…sẽ có ảnh hưởng tới tính hấp thụ điện từ và cải thiện đặc tính của cấutrúc Hơn nữa, việc thiết kế và chế tạo vật liệu có tính chất thay đổi một cáchlinh hoạt hay tối ưu hóa cấu trúc để giảm tổn hao điện từ của vật liệu khi hoạtđộng cũng là vấn đề cần quan tâm Với những lý do nêu trên, tôi đã lựa chọn

nội dung: “Nghiên cứu chế tạo vật liệu meta hấp thụ hoàn hảo dải tần số rộng vùng GHz dùng khoang cộng hưởng điện từ” làm đề tài luận văn.

Luận văn được thực hiện dựa trên việc kết hợp giữa mô hình hóa, tối ưucấu trúc, mô phỏng, chế tạo, đo đạc kiểm nghiệm:

Với các mục tiêu đó, luận văn chia thành 3 chương:

Chương I : Tổng quan vật liệu Meta

Chương II : Cấu trúc nghiên cứu và kết quả tối ưu

Chương III : Kết quả thực nghiệm

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU META

1.1 Khái niệm vật liệu Meta

Trong tự nhiên, các tính chất vật lý của vật liệu thường được quyết địnhbởi cấu tạo nguyên tử và cấu trúc mạng tinh thể của vật liệu [4] Ý tưởng về

sự tồn tại của những nguyên tử nhân tạo được sắp xếp trong các mạng tinh thểgiúp con người có thể tạo ra những tính chất đặc biệt không có trong vật liệu

tự nhiên từ lâu đã thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học Từ năm 2000, một loại vật liệu nhân tạo gọi là “siêu vật liệu” (Metamaterials - Meta) đã

được thiết kế và đang trở thành một đề tài nghiên cứu “nóng” Vật liệu Meta

là một cấu trúc được thiết kế hoàn toàn nhân tạo bằng cách bố trí những đơn

vị cấu trúc sao cho chiết suất quang học có trị số theo ý muốn kể cả trị số âm.Vật liệu Meta “vượt” qua những vật liệu thiên nhiên nằm ở ý nghĩa là khi đơn

vị cơ bản của vật chất như chúng ta thường biết là phân tử thì trong vật liệuMeta là những đơn vị cấu trúc nhân tạo có kích cỡ từ milimét (mm) đếnnanomét (nm)

Hình 1.1: Cấu trúc giữa vật liệu truyền thống và vật liệu Meta

Hình 1.1 là hình ảnh so sánh về cấu trúc giữa vật liệu truyền thống vàvật liệu Meta: Vật liệu truyền thống được hình thành từ những phân tử,nguyên tử, giữa là hạt nhân, xung quanh là các điện tử Tính chất vật liệutruyền thống chủ yếu được quyết định bởi lớp điện tử ngoài cùng và sự sắpxếp các nguyên tử trong mạng tinh thể Trong khi đó vật liệu Meta được xâydựng từ các ô cơ sở, mỗi ô cơ sở tương tự như một nguyên tử của vật liệutruyền thống và gọi là “giả nguyên tử” Tính chất của vật liệu Meta đượcquyết định chủ yếu bởi hình dạng cấu trúc của “giả nguyên tử” và trật tự sắpxếp của “giả nguyên tử” Các cấu trúc "giả nguyên tử" này có thể là đối xứnghoặc bất đối xứng, đẳng hướng hoặc bất đẳng hướng, được làm từ kim loạihoặc điện môi, có thể là chất phi từ hoặc sắt từ, và quan trọng nhất là có kíchthước nhỏ hơn từ 7-10 lần so với bước sóng hoạt động của vật liệu Meta.Chúng ta đều biết tính chất điện từ của mỗi một loại vật liệu được đặc trưngbởi hai đại lượng vật lý: độ từ thẩm  và hằng số điện môi  Sự lan truyềncủa sóng điện từ trong vật liệu liên quan chặt chẽ tới hai đại lượng này.Nguyên lý cơ bản của vật liệu Meta là tạo ra các mạch cộng hưởng điện từ từnhững cấu trúc "giả nguyên tử", có khả năng điều khiển riêng biệt hai đạilượng này, điều mà không thể làm được với các vật liệu tự nhiên Sự truyềnsóng điện từ trong vật liệu Meta do đó cũng có thể dự đoán, thiết kế trước vàđiều chỉnh theo ý muốn.

1.2 Phân loại Vật liệu Meta

Để phân loại vật liệu Meta có thể dựa vào hai đại lượng: độ điện thẩm

 và độ từ thẩm  Đây là hai đại lượng cơ bản giúp xác định sự lan truyềnsóng điện từ trong vật liệu

Hình 1.2: Sơ đồ mối liên hệ giữa � và �

Nhận xét: Hầu hết các vật liệu trong tự nhiên đều có ε >0, � >0 cho

phép sóng điện từ có thể lan truyền được trong các vật liệu và có tổn hao lớn(góc phần tư thứ nhất (I)) Khi một trong hai đại lượng � hoặc � âm và đại

lượng còn lại dương (góc phần tư thứ (II) và (IV)) thì sóng điện từ nhanhchóng bị dập tắt và không thể lan truyền trong vật liệu Đặc biệt, khi cả haiđại lượng đều có giá trị âm ε <0, � <0 (góc phần tư thứ (III)), khi đó sóng

điện từ vẫn lan truyền được trong vật liệu Vật liệu có ε <0, � <0 gọi là vật

liệu có chiết suất âm

Từ nhận xét trên có thể phân vật liệu Meta thành 3 loại chính:

- Vật liệu có độ điện thẩm âm (electric metamaterial): ε < 0

- Vật liệu có độ từ thẩm âm (magnetic metamaterial): μ < 0

- Vật liệu có chiết suất âm (left-handed metamaterial): n < 0

Qua các nghiên cứu về vật liệu Meta hấp thụ hoàn hảo sóng điện từ chothấy, cơ chế hấp thụ dựa trên cộng hưởng từ tạo ra độ từ thẩm âm Do đó, vậtliệu hấp thụ hoàn hảo sóng điện từ là vật liệu có độ từ thẩm âm

Không tồn tại trong tự nhiên

nhưng tồn tại trong vật liệu

Meta

Tồn tại trong một số vật liệu từ ở tần số thấp

ε >0, � <0 (IV)

1.3 Ứng dụng vật liệu Meta

Sự thú vị thực sự của vật liệu Meta nằm ở khả năng điều khiển sóngđiện từ hay tính chất quang của vật liệu phục vụ cho hàng loạt các ứng dụngthực tế Một trong những ứng dụng nổi bật nhất của vật liệu này là “siêu thấukính” Veselago đưa ra lí thuyết về đường đi của ánh sáng qua một thấu kínhgiả tưởng có chiết suất âm (Hình 1.3)

Hình 1.3: Đường đi của ánh sáng đi qua (a) Thấu kính thường có chiết suất dương và (b) Thấu kính có chiết suất âm.

Năm 2000, Pendry đã triển khai lý thuyết Veselago với bài viết

"Negative refraction gives a perfect lens"[22] Năm 2004, siêu thấu kính đầutiên được chế tạo hoạt động ở vùng tần số vi-ba cho độ phân giải lớn hơn balần so với giới hạn nhiễu xạ [9] Chỉ một năm sau đó, năm 2005 Fang và cáccộng sự đã chế tạo thành công siêu thấu kính quang học sử dụng màng mỏngbạc, phá vỡ các giới hạn nhiễu xạ cho hình ảnh phân giải cao (Hình 1.4)

Hình 1.4: Nguyên tắc hoạt động của siêu thấu kính [8].

Ứng dụng nổi bật khác của vật liệu Meta đó là “Áo choàng tànghình” Khi sóng điện từ (ánh sáng) tác động lên vật chất xảy ra các trườnghợp: (1) Sóng phản xạ (reflection), sóng truyền qua (transmission) và sónghấp thụ (absorption) (Hình 1.5)

Hình 1.5: Sự tương tác giữa sóng điện từ (hay ánh sáng) với vật chất (1) Sóng tới, (2) Sóng phản xạ, (3) Sóng truyền qua và (4) Sóng hấp thụ.

Vì thế, nếu muốn một vật tàng hình thì ta phải làm sao triệt tiêu được

sự phản xạ của ánh sáng hay điều chỉnh hướng phản xạ của ánh sáng đi ra xangười quan sát Dựa trên ý tưởng về hiệu ứng tàng hình Pendry đã sáng tạo ramột phương pháp mới gọi là "quang học chuyển đổi" (transformation optics).Phương pháp này giúp tìm ra những trị số chiết suất cần thiết để dẫn dụ uốn

cong đường đi của sóng điện từ trong môi trường siêu vật liệu Kết quả củaPendry và các cộng sự cho thấy khi siêu vật liệu được phủ (cloak) lên một vật,sóng điện từ (ánh sáng) thay vì đi theo một đường thẳng đâm vào mục tiêugây ra phản xạ, nhiễu xạ như chúng ta thường biết thì bây giờ sẽ bị uốn congtrong lớp phủ, đi vòng theo ngoại vi của vật phủ Nhờ đó, vật thể bị giấu bêntrong lớp vỏ của vật liệu Meta hoàn toàn trở nên “tàng hình” ở một bước sóngnhất định (Hình 1.6).

Hình 1.6: Đường đi của sóng điện từ trong siêu vật liệu: (A) Biểu hiện hai chiều, vật bị phủ là quả cầu tròn có bán kính R 1 và lớp phủ có bề dày (R 2 -R 1 ) ánh sáng có thể bị bẻ cong làm vật thể được “tàng hình” và (B) Biểu hiện ba chiều [23]

Khả năng “tàng hình” được đề xuất và chứng minh tại vùng GHz bởi

Schurig và các cộng sự năm 2006 [25] Sau đó, Zhang và các cộng sự lần đầutiên tạo ra một thảm phủ (cloaking carpet) làm tàng hình một vật thể ở vùngcận hồng ngoại (bước sóng 1,600 nm) (Hình 1.7) Những nghiên cứu về “áochoàng tàng hình” của siêu vật liệu đã làm chấn động cộng đồng nghiên cứuquang học và điện từ học nhất là giới nghiên cứu khoa học quân sự Ngoàinhững ứng dụng kể trên, vật liệu Meta còn có nhiều tiềm năng trong cáclĩnh vực khác như: cảm biến sinh học [13, 24], bộ lọc tần số [6, 11], bộ lọccộng hưởng [7, 21]…

Hình 1.7: Thứ tự từ trái sang phải Hình trái: một vật tròn được nhìn thấy Hình giữa: vật tròn được phủ kín bởi siêu vật liệu [32]

Bên cạnh những ứng dụng nổi bật của vật liệu Meta có chiết suất âmthì vật liệu Meta hấp thụ hoàn hảo sóng điện từ (MPA) cũng đem lại nhữngtính chất thú vị cùng với khả năng ứng dụng cao thu hút sự quan tâm của cácnhà nghiên cứu khoa học Một trong những ứng dụng đầu tiên của vật liệuhấp thụ là bộ phát nhiệt chọn lọc dựa theo nguyên tắc bức nhiệt của định luậtKirchhoff [30] Ngoài ra, MPA giúp nâng cao hiệu quả hoạt động của các thiết

bị phân tích phổ và cảm biến trên các thang THz hay vùng vi sóng [31], giúpxây dựng bộ dò plasmonic ở vùng hồng ngoại gần [16]… Đặc biệt, cùng với

sự phát triển mạnh mẽ của vật liệu nano, khả năng chế tạo vật liệu MPA hấpthụ ánh sáng mặt trời là một định hướng ứng dụng mới trong việc làm pin mặttrời hiệu suất cao [29, 17]

1.4 Tổng quan vật liệu Meta hấp thụ tuyệt đối sóng điện từ

1.4.1 Cơ chế hấp thụ sóng điện từ của vật liệu Meta

Bằng việc điều khiển tính chất cộng hưởng của vật liệu Meta thôngqua việc điều khiển cấu trúc và tham số cấu trúc, chúng ta thu được vật liệuhấp thụ tuyệt đối sóng điện từ (MPA) Sóng điện từ khi tới bề mặt phân cáchthì có thể phản xạ, truyền qua, hấp thụ, tán xạ hoặc có thể kích thíchsóng điện từ bề mặt Do MPA được tạo bởi các cấu trúc cộng hưởng điện

từ nên nguyên lí hoạt động của MPA là hấp thụ cộng hưởng [12] Tại tần sốcộng hưởng, các đại lượng truyền qua, phản xạ, tán xạ đều bị triệt tiêu

Ta có : A + R + T = 1 hay A= 1 – T – R

Trong đó : A là độ hấp thụ ; T là độ truyền qua; R là độ phản xạ

Độ phản xạ và hệ số phản xạ trong các trường hợp của sóng phâncực TE và TM:

r

n R

n R

Với  là góc tới và n  r r là chiết suất của vật liệu Trường hợp

chiếu sóng điện từ vuông góc với mẫu thì khi đó 0 ta có phương trình:

0 0

r r

Với z   là trở kháng của MPA và z0    0 0 là trở kháng của

môi trường không khí Nếu MPA có lớp thứ 3 là tấm kim loại thì độ truyềnqua T=0, ta có độ hấp thụ:

0 0

kế vật liệu có độ dày và độ tổn hao lớn để hấp thụ sóng điện từ trước khi phản

xạ ngược trở lại môi trường Đó là cơ chế hấp thụ dựa trên sự phối trở kháng.Ngoài ra còn có cơ chế hấp thụ dựa trên giao thoa triệt tiêu Ở đó, hai lớp kimloại trong vật liệu hấp thụ đóng vai trò như các mặt phản xạ sóng Cần phảilựa chọn vật liệu điện môi có bề dày và hằng số điện môi sao cho sóng phản

xạ từ lớp cấu trúc tuần hoàn bằng kim loại và sự chồng chập của nhiều phản

xạ giữa hai lớp kim loại ngược pha nhau từ đó dẫn đến phản xạ triệt tiêu hoàntoàn Tấm kim loại mặt sau đóng vai trò chặn sóng điện từ truyền đến do đó

độ truyền qua bằng không [5].

1.4.2 Vật liệu Meta hấp thụ hoàn hảo sóng điện từ

Vật liệu Meta hấp thụ hoàn hảo sóng điện từ (MPA) là vật liệu có khảnăng hấp thụ gần như hoàn toàn năng lượng của sóng điện từ chiếu tới tại tần

số hoạt động Nguyên lí hoạt động của MPA là hấp thụ cộng hưởng vì MPAđược xây dựng trên cấu trúc cộng hưởng điện từ Các nhà khoa học đã chứngminh được rằng tại tần số xảy ra hấp thụ thì các đại lượng truyền qua, phản

xạ, tán xạ là không đáng kể Hấp thụ hoàn hảo sóng điện từ có thể được phânchia thành hai loại: hấp thụ cộng hưởng (resonant absorbers) và hấp thụ cóbăng thông rộng (broadband absorbers) Hấp thụ cộng hưởng dựa trên sựtương tác giữa vật liệu với sóng điện từ bằng cách cộng hưởng tại tần số xác

định  , ở đây bước sóng điện từ tương ứng với tần số 0  là 0 0

có tính chất hấp thụ không phụ thuộc vào tần số và do đó có thể hấp thụ sóngđiện từ trên một dải rộng lớn Một trong những tính chất hết sức thú vị củaMPA là có khả năng điều chỉnh đưuợc vùng tần số hoạt động mongmuốn thông qua thay đổi kích thước và lợi thế độ dày nhỏ như đã đượcchứng minh là  0 40 [14], 0 69 [15].

MPA thường được cấu tạo gồm 3 lớp: hai lớp kim loại thường được tạobởi các kim loại dẫn điện tốt như vàng, bạc, đồng và xen kẽ là lớp điện môi.Tại tần số xác định, MPA hấp thụ sóng điện từ tốt hơn nhiều so với các vật liệuđược nghiên cứu trước đây Ngoài ra, một trong những tính chất hết sức thú vịcủa MPA là có khả năng điều chỉnh được vùng tần số hoạt động mong muốnthông qua thay đổi kích thước Tuy nhiên, trước khi đưa vật liệu MPA trở thànhnhững ứng dụng thực tế, vẫn còn những vấn đề cơ bản cần được giải quyết.Một trong những hướng nghiên cứu được các nhà khoa học tập trung giải quyết

đó là tìm kiếm những cấu trúc MPA đơn giản Cấu trúc MPA đầu tiên do I.Landy (2008) đề xuất có độ hấp thụ tốt, nhưng đòi hỏi kỹ thuật chế tạo rất tinh

vi, với độ chính xác cao làm cho việc chế tạo mẫu trở nên khó khăn Sau đó donhóm Soukoulis tại đại học Iowa đề xuất cải tiến bằng mạch cộng hưởng điệndạng vòng hở kết hợp với tấm kim loại [28] Cấu trúc do Soukoulis đề xuất cho

độ hấp thụ cao, không bị ảnh hưởng bởi phân cực sóng, có khả năng hấp thụvới nhiều góc tới khác nhau, tuy nhiên vẫn đòi hỏi kỹ thuật chế tạo phức tạp

Do đó, quá trình tìm kiếm một cấu trúc MPA tối ưu vẫn đang tiếp tục diễn ramột cách mạnh mẽ trên mọi dải tần số Cùng với việc tối ưu hóa cấu trúc, việc

mở rộng dải tần hấp thụ của các cấu trúc MPA cũng rất được quan tâm Cơ chếchủ yếu để mở rộng dải hấp thụ của các cấu trúc MPA là kết hợp nhiều cấu trúchấp thụ đơn lẻ tại các tần số khác nhau trong một đơn vị cơ bản Một trongnhững kết quả tiêu biểu có thể kể đến là vật liệu MPA gồm nhiều cấu trúc vòngcộng hưởng tại các tần số khác nhau do nhóm của Cummer đề xuất năm 2010

Mô hình của Cummer thu được độ hấp thụ 99.9% tại 2.4 GHz với độ rộng hấpthụ lên tới 30% [10] Một hướng tiếp cận khác từ các cấu trúc dẫn sóng, nhómcủa Luo đã đề xuất sử dụng cấu trúc MPA dạng dải phủ hình vuông cũng cho

độ rộng hấp thụ tương đương năm 2011 [19]

Trong một vài năm trở lại đây, hướng nghiên cứu về vật liệu MPA

đa lớp với cấu trúc lớp cộng hưởng tại các tần số khác nhau được quan tâmnghiên cứu Một hướng nghiên cứu cấu trúc MPA hình vuông với các nhiễusóng ở góc chéo Vật liệu Meta được thiết kế với tổng độ dày (h) 4,36 mmcho thấy mức hấp thụ trên 90% trong toàn dải tần số từ 7–18 GHz, rộng hơn38% so với các phương pháp thiết kế trước đó tại cùng một h Nghiên cứu nàycung cấp một lộ trình hiệu quả để mở rộng băng thông hấp thụ của Meta màkhông tăng h (Hình 1.8)

Hình 1.8: (a) Sơ đồ cấu trúc 3 chiều và kích thước ô cơ sở Màu nâu đỏ tượng trưng cho lá đồng kim loại và màu xanh dương nhạt biểu thị điện môi FR-4

p x = 24 mm, p y = 24 mm, t 1 = 6,3 mm, t 2 = 3,6 mm, b 1 = 11 mm, b 2 = 6,6 mm,

t m = 0,018 mm, t d = 0,2 mm và h = 4,36 mm (b) Phổ hấp thụ mô phỏng, thực nghiệm và mẫu chế tạo của vật liệu [18]

Nhóm nghiên cứu Nguyễn Thị Quỳnh Hoa đã đề xuất và chế tạo vậtMeta hấp thụ theo cấu trúc dạng hình nón Qua đó, băng thông và hiệu suấthấp thụ của bộ hấp thụ đề xuất có thể được điều khiển bằng các thông số cấutrúc khác nhau như góc nghiêng và hằng số mạng (Hình 1.9)

Hình 1.9: Cấu trúc đề suất: (a) khung nhìn trên cùng, (b) ô đơn vị ba chiều (3-D), và (c) xem mặt cắt ngang trung tâm của ô cơ sở [20].

Tuy nhiên một trong những nhược điểm của vật liệu MPA khi đưa vàoứng dụng đó là tần số hấp thụ không thể thay đổi sau khi chế tạo Các thiết bị

sử dụng vật liệu MPA sẽ trở nên linh hoạt hơn khi tần số hấp thụ có thể điềukhiển bằng các yếu tố ngoại vi như từ trường, điện trường Đồng thời việcthiết kế chế tạo vật liệu với rất nhiều lớp gây khó khăn trong kỹ thuật chế tạomẫu gây ra sai số lớn, đặc biệt là với những điều kiện về các thiết bị chế tạomẫu vẫn còn hạn chế tại nước ta Chính vì vật liệu Meta hấp thụ tuyệt đối sóngđiện từ có các tính chất đặc biệt và khả năng ứng dụng thực tế, luận văn đã lựachọn vật liệu này làm đối tượng nghiên cứu chính.

1.5 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Vật liệu Meta hấp thụ tuyệt đối sóng điện từ (MPA) là một đối tượngnghiên cứu có tính chất vật lý thú vị và có tiềm năng ứng dụng thực tế cao.Thiết kế, chế tạo và khảo sát những cấu trúc cơ bản của vật liệu Meta giúpchúng ta thấy sự thay đổi tính chất hấp thụ và tần số hấp thụ theo các tham sốhình học đơn giản Những cấu trúc cơ bản đơn giản nhưng cho khả năng hấpthụ đặc biệt sẽ trở thành nền tảng để xây dựng và phát triển vật liệu MPA Với

lý do đó, nghiên cứu những đặc tính cơ bản của vật liệu Meta hấp thụ tuyệtđối là một trong những bước quan trọng tiến tới những ứng dụng trong tươnglai gần

Trong luận văn, chúng tôi tập trung giải quyết 2 vấn đề:

Một là, xây dựng được cấu trúc vật liệu Meta hấp thụ hoàn hảo sóngđiện từ dùng khoang cộng hưởng đa lớp với cấu trúc đơn giản, hợp lý, tối ưuhóa cấu trúc vật liệu Meta hấp thụ hoàn hảo sóng điện từ ở dải tần số rộng

vùng GHz Quá trình tối ưu hóa cấu trúc được tiến hành một cách hệ thống,

thông qua các cấu trúc trung gian Sự hình thành và cơ chế hấp thụ ở mỗibước tối ưu hóa được giải thích bằng phương pháp mô phỏng

Hai là, trên cơ sở tối ưu hóa bằng mô phỏng, chế tạo thành công vậtliệu Meta hấp thụ hoàn hảo dải tần số rộng vùng GHz dùng khoang cộnghưởng điện từ so sánh, kiểm chứng với kết quả mô phỏng

CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC NGHIÊN CỨU VÀ KẾT QUẢ TỐI ƯU

2.1 Quy trình nghiên cứu vật liệu Meta

Hình 2.1: Sơ đồ quy trình nghiên cứu MPA hoạt động trong vùng tần số GHz

dựa trên sự kết hợp giữa mô phỏng và thực nghiệm.

Từ ý tưởng vật lí về xây dựng khoang cộng hưởng điện từ đa lớp, cấutrúc của vật liệu Meta được thiết kế Sau đó đưa các điều kiện: tham số vậtliệu, tham số cấu trúc, điều kiện biên vào vật liệu đã thiết kế để chạy môphỏng Từ đó, thu được các đặc tính của sóng điện từ khi đi qua vật liệu và tối

ưu cấu trúc để thu được kết quả tốt nhất Thông qua kết quả tối ưu, tiến hànhchế tạo vật liệu theo kích thước đã xây dựng và đo đạc kiểm chứng Cuốicùng kết quả của 2 phương pháp được so sánh với nhau để đánh giá và đi đếnkết luận chung

2.2 Phương pháp nghiên cứu vật liệu Meta

Phương pháp nghiên cứu vật liệu Meta trong luận văn thực hiện dựa

Điều kiện đầu vào:

kiểm chứng bằng thực nghiệm Mô hình vật lí dựa trên mô hình lớp cộnghưởng Dựa trên mô hình này các tần số cộng hưởng điện và cộng hưởng từ

có thể được tính toán dựa theo các tham số cấu trúc

Lựa chọn vật liệu để chế tạo: Trong luận văn nghiên cứu chế tạo vậtliệu Meta hoạt động ở vùng tần số GHz, lớp kim loại sử dụng là đồng (Cu) vàlớp điện môi thường sử dụng là vật liệu FR-4 Lớp kim loại được chọn là Cu

vì trong vùng GHz ảnh hưởng của các kim loại khác nhau lên tính chất điện từcủa vật liệu Meta không đáng kể và Cu là kim loại rẻ so với các kim loại quýhiếm khác Điện môi FR-4 tuy tổn hao khá lớn nhưng nó vẫn đáp ứng đượchầu hết các điều kiện nghiên cứu trong vùng GHz và giá thành rẻ

2.2.1 Phương pháp mô phỏng vật lí

Trong các phần mềm mô phỏng thương mại, phần mềm CSTMicrowave studio là chương trình phổ biến và có độ chính xác cao được sửdụng rộng rãi hiện nay Nhờ độ chính xác cao từ các kĩ thuật mô phỏng kếtquả mô phỏng sẽ hỗ trợ tích cực cho việc tiến hành thực nghiệm Qua đó giúpcho việc giải thích các hiện tượng, tính chất vật liệu dễ dàng hơn Chính vì thếluận văn sử dụng phần mềm CST để nghiên cứu mô phỏng

Màn hình giao diện của phần mềm mô phỏng thương mại CST đượctrình bày trong hình dưới đây:

Hình 2.2: Màn hình giao diện của phần mềm CST.

Đối với mô phỏng, các đặc trưng điện từ được thiết lập cho các vật liệu

để tạo nên cấu trức như kim loại và chất điện môi Sự phù hợp giữa mô phỏng

và thực nghiệm phụ thuộc rất lớn vào độ chính xác của các đặc tính này trongvật liệu mô phỏng so với giá trị thực của chúng Kim loại là một phần quantrọng trong vật liệu MPA có ảnh hưởng tới trạng thái cộng hưởng Do đó, nắmđược các đặc tính của kim loại trong mô phỏng là cốt yếu để thu được các kếtquả tốt nhất

Phần mềm mô phỏng CST có thể cung cấp cho người sử dụng haiphương pháp giải: Transient Solver (T) và Frequency Domain Slover (F) vớimục đích đem lại sự đa dạng hóa trong mô phỏng Theo phương pháp (T) sửdụng kĩ thuật tích phân hữu hạn biến đổi các phương trình Maxwell và cácphương trình tán sắc của vật liệu từ không gian liên tục đến không gian rời rạcbằng cách áp điện trên cạnh của một lưới và áp từ trên cạnh của một lưới kép.Phương pháp (T) tạo ra hệ phương trình lưới Maxwell từ các phương trình

Maxwell từ đó đảm bảo các tính chất vật lí của trường được duy trì trongkhông gian rời rạc dẫn đến một nghiệm duy nhất Theo phương pháp (F) sửdụng phương pháp phần tử hữu hạn chuyển đổi phương trình vi phân từngphần thành một tập hợp các phương trình đại số tuyến tính để thu được lờigiải gần đúng thỏa mãn các điều kiện biên Mặc dù hai phương pháp này đượchoán đổi thông qua biến đổi Fourier nhưng phương pháp (F) thích hợp hơnvới bài toán xảy ra trong vùng tần số hẹp, cấu trúc nhỏ có tính tuần hoàn còntheo phương pháp (T) thường sử dụng cho vật liệu có kích thước lớn, khảo sáttrong vùng tần số rộng Luận văn sử dụng phương pháp (F) vì những thuậntiện của nó phù hợp với các cấu trúc nghiên cứu.

Đối với vật liệu MPA, thông số quan trọng nhất là độ hấp thụ, nóbiểu thị tỉ lệ phần trăm năng lượng của sóng điện từ chiếu tới bị hấp thụ bởivật liệu Độ hấp thụ được tính A(ω) = 1 – R(ω) – T(ω) Trong đó: R(ω) là độphản xạ, T(ω) là độ truyền qua của vật liệu Độ phản xạ và độ truyền qua thuđược bằng cách thiết lập điều kiện và nguồn sóng thích hợp Việc thiết lập cáctham số đầu vào bao gồm: Vật liệu (được lấy từ ngân hàng vật liệu có sẵnhoặc đưa các thông số của vật liệu mới không có sẵn trong chương trình môphỏng), hình dạng, kích thước và các tham số cấu trúc của ô cơ sở, điều kiệnbiên cùng môi trường xung quanh vật liệu Các tham số đầu ra thu được baogồm: các tham số tán xạ dưới dạng phức như hệ số truyền qua S21, hệ số phản

xạ S11, qua đó độ phản xạ R(ω)và truyền qua T(ω) có thể thu được là R(ω) =

2

11

S và T(ω) = S212 Vì thế việc khảo sát về vật liệu MPA thì hệ số phản xạ

S11 và hệ số truyền qua S21 là hai thông số được sử dụng nhiều nhất

Hình 2.3: (a) Vật liệu MPA cấu trúc Landy, (b) Kết quả mô phỏng phổ phản xạ, truyền qua và hấp thụ của vật liệu MPA cấu trúc Landy năm 2008 [12].

Bên cạnh đó, việc sử dụng phần mềm mô phỏng giúp chúng ta quan sátđược một số tính chất của vật liệu Meta rất khó kiểm chứng và quan sát bằngthực nghiệm Ví dụ: Phân bố điện trường và từ trường bên trong vật liệu Metacho thấy sự tương tác giữa sóng điện từ chiếu tới cấu trúc như thế nào qua đó

có thể cung cấp thông tin về cơ chế hấp thụ sóng điện từ của vật liệu Meta.Ngoài ra, một thông số khác được quan tâm đó là dòng bề mặt, có thể đượcdùng để chỉ ra đặc tính cộng hưởng của phần kim loại trong cấu trúc vật liệu

Mô phỏng cũng cho phép nghiên cứu và đánh giá sự phân bố mật độ tiêu tánnăng lượng trong vật liệu Meta Thông tin 2D và 3D có thể đưa ra các dữ liệu

để tính toán và phân tích sâu hơn

2.2.2 Phương pháp thực nghiệm

Hiện nay, với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin giúp choquá trình thiết kế và mô phỏng các tính chất của vật liệu Meta thuận tiện hơn.Tuy nhiên, một trong những phương pháp nghiên cứu quan trọng để kiểmchứng tính chất của vật liệu Meta là chế tạo mẫu và thực hiện phép đo xácđịnh các đặc tính điện từ của vật liệu Các phép đo này chủ yếu là phép đophổ truyền qua và phổ phản xạ ở các vùng tần số khác nhau Các kỹ thuật

khác nhau được dùng để xác định đặc tính hiệu suất của MPA ở các tần sốkhác nhau Trong vùng GHz, khảo sát đặc tính thường được thực hiệntrong buồng hấp thụ vi sóng, ở đó các ăng ten dạng loa, được nối vớimột hệ phân tích mạng véc tơ, đo sóng phản xạ và truyền qua mẫu Để đophản xạ từ MPA, một loa vi sóng tập trung chùm vi sóng vào mẫu đóng vaitrò là đầu phát, còn loa còn lại được dùng như đầu thu Hai loa được đặt đốixứng qua mặt phẳng pháp tuyến với bề mặt mẫu Để đo truyền qua, loa nguồnđược đặt trước mẫu còn loa thu được đặt phía đối diện của mẫu Việc chuẩnhóa phép đo phản xạ được thực hiện bằng cách sử dụng một tấm kim loạicùng kích thước với mẫu làm chuẩn Để chuẩn hóa khảo sát đặc tính truyềnqua, một cửa sổ được đặt trước mẫu, và phép đo được chia bởi độ truyềnqua của cùng cửa sổ mở trường hợp có mẫu so với trường hợp chuẩnhóa không có mẫu [3].

2.3 Cấu trúc nghiên cứu và kết quả mô phỏng

Loại vật liệu MPA được nghiên cứu nhiều hiện nay là MPA có lớp kimloại làm bằng đồng và có lớp thứ ba là tấm kim loại kín để độ truyền quabằng không Cấu trúc này cho phép tạo ra cộng hưởng từ, cộng hưởng điệnchỉ với một lớp vật liệu Trên cơ sở đó, luận văn xây dựng cấu trúc khoangcộng hưởng gồm đa lớp vật liệu Lớp cộng hưởng nghiên cứu có cấu tạodạng hình hộp chữ nhật gồm các lớp kim loại đồng (Cu) và lớp điện môi FR-

4 xen kẽ nhau

- Khoang có cấu tạo gồm 4 lớp và một đế, mỗi lớp gồm 2 phần:

+ Phía trên là lớp đồng (độ dẫn điện   5.8 10 � 7 Sm-1) và có độ dày td =0.03 mm là một bản đồng rỗng với các tham số cấu trúc mặt trước a, b, c.Trong đó: a hằng số mạng, b,c là kích thước bản đồng rỗng phía trên

+ Phía dưới là lớp điện môi FR-4 (hằng số điện môi   4.3, tổn hao ),

có độ dày t = 1.6 mm

- Mặt đế dưới cùng là lớp đồng phủ kín toàn bộ mặt sau của cấu trúc có

độ dày td = 0.03mm (độ dẫn điện   5.8 10 � 7 Sm-1)

(a) (b)

Hình 2.4: (a) Ô cơ sở của cấu trúc khoang 4 lớp (b) Tham số cấu trúc ô cơ sở.

Trước tiên, xét cấu trúc khoang 1 lớp với hằng số mạng a = 25 mm.Lớp kim loại được chọn là đồng (độ dẫn điện Sm-1) và có độ dày td = 0.03

mm Lớp điện môi FR-4 (hằng số điện môi , tổn hao ) có độ dày tm = 1.6 mm.Lớp kim loại phía trên có kích thước bản đồng vuông rỗng là b1 = c1 =16 mm.Lớp kim loại phía dưới phủ kín toàn bộ cấu trúc có độ dày td = 0.03 mm (độdẫn điện Sm-1)

Sử dụng phần mềm CST chạy mô phỏng cấu trúc chúng tôi thu đượckết quả như sau:

Hình 2.5: (a) Ô cơ sở khoang 1 lớp (b) Kết quả mô phỏng phổ hấp thụ

khoang 1 lớp.

Từ đồ thị kết quả mô phỏng phổ hấp thụ khoang 1 lớp Hình 2.5(b)

chúng tôi nhận thấy xuất hiện hai đỉnh hấp thụ tại hai tần số f = 6.15 GHz với

độ hấp thụ A � 72.3% và f = 8.36 GHz với độ hấp thụ A � 100% Như vậykhoảng tần số hấp thụ với cấu trúc khoang một lớp xây dựng là 2.21 GHz

Để biết thêm về cơ chế về độ hấp thụ của cấu trúc khoang 1 lớp