Thiết kế và chế tạo siêu vật liệu metamaterials có dải tần số làm việc rộng ở vùng sóng rada

V tăli uăMetaănóiăchungăvàăv tăli uăMetaăcóăchi tăsu tăâmănóiăriêngăđ uăho tă đ ngăd aătrênăcácăc ngăh ngăđi năt ăkhiăt ngătácăv iăcácăthànhăph năđi năE và thànhăph năt ăH c aăsóngăđi nă

DANH SÁCH CÁC THÀNH VIểN THAM GIA VÀ N V PH I H P CHÍNH

I Ch nhi măđ tài: TS Nguy n Th Hi n-Tr ngă i H c Khoa h c Thái Nguyên

II Thànhăviênăđ tài:

2.1 TS Nguy n Xuân Ca - Tr ngă i H c Khoa h c Thái Nguyên 2.2 ThS Phan Th Duyên - Vi n Khoa h c V t li u - Vi n Hàn lâm Khoa

h c và Công ngh Vi t Nam 2.3 TS Nguy n Thanh Tùng - Vi n Khoa h c V t li u - Vi n Hàn lâm

Khoa h c và Công ngh Vi t Nam 2.4 TS Ph m Minh Tân – Tr ngă i H c Công nghi p Thái Nguyên 2.5 TS.ă Thành Vi t - Vi n Khoa h c và Công ngh Quân s

III năv ph i h p chính: Vi n Khoa h c V t li u - Vi n Hàn lâm Khoa h c và Công ngh Vi t Nam

DANH M C CÁC B NG BI U

B ngă4.1 H ăs ăt năhaoăđi nămôiăvàăph năth căh ngăs ăđi nămôiăc aă

m tăs ăv tăli uăđi nămôiă ănhi tăđ ăphòngăvàăquanhăt năs ă

10GHz

97

B ngă5.1 Cácăk tăqu ătínhătoánăn ngăđ ăh tăt iăN,ăđ ăt ăc măđ ng,ăt nă

s ăc ngăh ngăt ăvàăt năs ăplasma t ngăc ngăc aăc uătrúcă

d ngăl i ph ăthu căvàoănhi tăđ

122

Effective Medium Theory

Finite Difference Time Domain

Figure of Merit

Fishnet

Metamaterial

Negative Refractive Index

Split - Ring Resonator

Transfer Matrix Method

C păđ a

L iăđ a Dây kim lo i b c t

Chi t su t âm

Vòng c ngăh ng

Ph ngăphápămaătr n truy n qua

B GIÁO D CăVÀă ÀOăT O

-

THÔNG TIN K T QU NGHIÊN C U

1 Thông tin chung:

r ng vùng sóng Rada;

- Mã s : B2015-TN05-01

- Ch nhi m đ tài: TS.ăNguy năTh ăHi n

- L năđ u tiên t i Vi tăNamăđãăxâyăd ngăđ c m tăch ngătrìnhătínhătoánăcácăthamă

s hi u d ngă(đ t th măµ,ăđ đi n th mă ,ăchi t su t n, tr kháng z) d a trên thu t toánăđ xu t b i Chen

- Tìm ki măđ c c u trúc siêu v t li u metamaterials (Meta) đ năgi n và có vùng

t n s ho tăđ ng r ng vùng GHz góp ph n s măđ aăv t li u Meta vào ng d ng

th c t Các m uănàyăđãăđ c ch t o và k t qu nghiên c u c a chúng tôi cho th y vùng ho tăđ ng r ngăh năm t s k t qu nghiên c u g năđâyăc a các nhóm khác trên th gi i c ng v i c uătrúcăđ năgi năh n

4 K t qu nghiên c u:

ãăhoànăthànhă03ăn i dung nghiên c uăđãăđ aăraătrongăthuy tăminhăđ tài

N i dung 1: ƣ Xơy d ng ch ng trình tính toán các tham s hi u d ng

- ãătìmăhi uăthu tătoánăđ ăxu tăb iăChenăvàăc ngăs

- D aătrênăthu tătoánăc aăChenăđãăxâyăd ngăch ngătrìnhătínhătoánăcácăthamă

s ăhi uăd ngă(đ ăt ăth măµ,ăđ ăđi năth m , chi tăsu tăn,ătr ăkhángăz)ă(xâyă

d ngăđ că01ăb ăcodeătrênăch ngătrìnhămatlabăđ ătínhătoánăcácăthamăs ăhi uă

d ng)

- ãăki mătraăđ ăchínhăxácăc aăch ngătrìnhăsauăkhiăxâyăd ngăđ c.ă

N i d ng 2: ƣ nghiên c u nh h ng c a c u trúc vƠ các tham s c u trúc lên

tính ch t đi n t c a v t li u

- ãănghiênăc uă nhăh ngăc aăcácăd ngăc uătrúcăkhácănhauălênătínhăch tăđi nă

t ăc aăv tăli u

- ãătìmăki măv tăli uăMMsăcóăc uătrúcăđ năgi n,ăđ iăx ngăcao

- ãănghiênăc uă nhăh ngăc aăthamăs ăc uătrúcălênătínhăch tăc aăv tăli u

N i dung 3: ƣ t i u hóa c u trúc nh m m r ng d i t n s ho t đ ng c a

siêu v t li u

- ãătìmăki măc uătrúcăcóăvùngăt năs ălàmăvi căr ngă(broadband)

- ãănghiênăc uă nhăh ngăc aăcácăthamăs ăc uătrúcăđ năvi căm ăr ngăvùngă

t năs ăho tăđ ngăc aăMMs

- ãăt iă uăhóaăcácăthamăs ăc uătrúcăđ ăthuăđ căd iăt năho tăđ ngălàăr ngă

nh t

5 S n ph m:

5.1 S n ph m khoa h c:

Có 02 bài ISI:

1 Hien N T., Tung B S., Sen Y., Guy A E.V., Peter L., Lam V D., and

Ewald J (2016),ă “Broadbandă negativeă refractiveă indexă obtainedă byăplasmonicăhybridizationăinămetamaterials”,ăApplied Physics Letters, 109, pp 2219021-2219025

2 Hien N T., Le L N., Trang P T., Tung B S., Viet N D, Duyen P T., Thang

N M., Viet D T., Lee Y P., Lam V D, Tung N T (2015),

“Characterizationsă ofă aă thermo-tunable broadband fishnet metamaterial at THzăfrequencies”,ăComputational Materials Science, 103, pp 189-193

Có 05 bƠi đ ng trên t p chí trong n c:

1 Nguy n Th Hi n,ăV ă ìnhăQuí,ăTr nhăTh ăGiang,ăNguy năThanhăTùngăvàă

V ă ìnhăLãmă(2016),ă“Nghiênăc u,ăthi tăk ăvàăch ăt oăsiêuăv tăli uăkhôngă

ph ă thu că vàoă phână c că sóngă đi nă t ”,ă T p chí Khoa h c Công ngh , 54

(02), tr 258-265

2 Nguy n Th Hi n,ăNguy năTh ăH ngăLiên,ăNguy năTh ăH iăvàăV ă ìnhăLãmă(2016),ă“Nghiênăc uăm ăr ngăd iăh păth ăhoànăh oăsóngăđi năt ăd aă

trênăsiêuăv tăli u”,ăT p chí Khoa h c Công ngh i h c Thái ζguyên (s

đ c bi t chào m ng 86 n m thành l p h i liên hi p ph n Vi t ζam), tr

173-176

3 Nguy n Th Hi n,ăNguy năXuânăCa,ăPh măMinhăTân,ăNguy năTrungăKiên,ă

Nguy năTh ăMây,ăV ă ìnhăLãmă(2017),ă“M ăr ngăd iăt năt ăth măâmăd aătrênămôăhìnhălaiăhóaăb căhaiăchoăc uătrúcăđ iăx ngăb ngăph ngăpháp mô

ph ng”,ăT p chí Khoa h c Công ngh i h c Thái ζguyên 172 (s đ c bi t chào m ng 87 n m thành l p h i liên hi p ph n Vi t ζam), tr 3-8

4 Duyen P T., Hien N T., Viet N D, Tung N T., and Lam V D (2015),

“Decisiveăroleăofătheădielectricăspacerăonămetamaterialăhybridization”,ăT p chí nghiên c u Khoa h c và Công ngh Quân s , 35 (02), tr 106-111

5 Nguy n Th Hi n,ă Nguy nă Xuână Ca,ă Nguy nă Th ă Mây,ă Ph mă Minhă Tân,ă

Nguy năThanhăTùngăvàăV ă ìnhăLãmă(2017),ă“Vaiătròăc aăt năhaoăl păđi nămôiălênăs ăm ăr ngăvùngăcóăchi tăsu tăâmăs ăd ngămôăhìnhălaiăhóaăb căhai”,

T păchíăKhoaăh căTr ngă iăh căS ăPh măHàăN iă2,ăs ă51,ătr.ă40-50

Có 01 bƠi đ ng trên k y u h i ngh :

1 V ă ìnhă Lãm,ă Nguy nă Thanhă Tùng,ă Nguy n Th Hi n,ă ă Thànhă Vi t,ă

Ph măTh ăTrangăvàăLêăV năH ngă(2015),ă“M tăs ăk tăqu ănghiênăc uăv ă

siêuăv tăli u Metamaterialăt iăVi năKhoaăh căV tăli u”,ăTuy n t p báo cáo –

40 n m thành l p Vi n ảàn lâm Khoa h c và Công ngh Vi t ζam, tr

195-214

5.2. S n ph m đào t o:

Có 01 l u n v n th c s , 01 đ tƠi sinh viên nghiên c u khoa h c, 02 khóa

lu n t t nghi p đƣ b o v :

based on ring – structure, Lu năv năth căs ăTr ngă iăh căKhoaăh căvàă

Côngăngh ăHàăN i (thànhăviênăc aăđ ătài)

2. Nguy n Th H i (2015-2016), ζghiên c u tính ch t c a siêu v t li u có

chi t su t âm, ă tàiă sinhă viênă nghiênă c uă Khoaă h că tr ngă iă h căKhoaăh căTháiăNguyên

Meta, Khóaălu năt tănghi pătr ngă iăh căKhoaăh căTháiăNguyên

c a siêu v t li u có đ t th m âm, Khóaălu năt tănghi p tr ngă iăh că

Khoaăh căTháiăNguyên

5.3. S n ph m khác

1 01ăPh năm mă(code)ătínhătoánăđúngăcácăthamăs ăhi uăd ng (đ ăt ăth măµ,ă

đ ăđi năth mă ,ăchi tăsu tăn,ătr ăkhángăz)

2 Quiătrìnhăcôngăngh ăch ăt oăsiêuăv tăli uămetamaterialsă ăvùngăsóngăRada

3 10 m uăsiêuăv tăli uămetamaterialsăcóăkíchăth că15cmx15cm

6 Ph ng th c chuy n giao, đ a ch ng d ng, tác đ ng và l i ích c a k t qu

nghiên c u:

- tài là m t ph n k t qu quan tr ng trong lu n án NCS c a ch nhi măđ tài

- K t qu nghiên c u c aăđ tài t oăđi u ki năđ sinh viên và các cán b gi ng d y trong khoa VL&CN tr ngă i h c Khoa h c Thái Nguyên đ c c p nh t v i các

v năđ khoa h c th i s hi n nay trên th gi i

- Vi c nghiên c u và ch t o siêu v t li u Metamaterials m ra m tăh ng nghiên

c u m t lo i v t li u m i có nh ng ng d ngăcóăýăngh aăr t quan tr ngătrongăđ i

s ngăvàăđ c bi t trong quân s nh :ătàngăhình,ă nh nhi t, siêu th u kính, antennas, sens …

Ngày tháng n m 2017

T ch c ch trì Ch nhi m đ tài

(ký, h và tên, đóng d u) (ký, h và tên)

INFORMATION ON RESEARCH RESULTS

1 General information:

Project title: Design and fabricate of broadband metamaterials operating in Rada frequency

Code number: B2015-TN05-01

Coordinator: Dr Nguyen Thi Hien

Implementing institution: Thai Nguyen University

Duration: from 01/2015 to 12/2017

2 Objective(s):

- Design and fabricate of broadband metamaterials operating in Rada frequency

3 Creativeness and innovativeness:

- This is the first time in Vietnam, We has built a program calculates the effective parametersă(permeabilityă ,ă ăevaluationăofăpower,ărefractiveăindexăn,ăimpedanceăz)ăbased on the algorithm proposed by Chen

- We have found simple structure base on metamaterials and they can activity in the region GHz frequency Our contributions brings metamaterials closer practical application

4 Research results:

Completed 03 research contents:

Content 1: Developed a program for calculating effective parameters

- Research the algorithms proposed by Chen et al

- Based on the algorithm of Chen, We has built a program to calculate the effective parameters (permeability ,ă permittivityă ,ă refractiveă indexă n,ăimpedance z)

- Checked the accuracy of the program after the construction

Content 2: The effect of structure and structural parameters on the electromagnetic properties of materials was investigated

- The effect of different types of structures on the electromagnetic properties

of materials has been studied

- Simple, highly symmetrical metamaterials were found

- The influence of structural parameters on the properties of materials has been studied

Content 3: Optimized structure to broadband metamaterials

- The structural broadband metamaterials were found

- The influence of structural parameters on the expansion of the operating frequency range of Metamaterials has been investigated

- Optimized structural parameters to achieve the widest operating band

5 Products:

5.1 Scientific publications:

There are 02 articles published in international journal (ISI):

1 Hien N T., Tung B S., Sen Y., Guy A E.V., Peter L., Lam V D., and

Ewaldă J.ă (2016),ă “Broadbandă negativeă refractiveă indexă obtainedă byăplasmonicăhybridizationăinămetamaterials”,ăApplied Physics Letters, 109, pp 2219021-2219025

2 Hien N T., Le L N., Trang P T., Tung B S., Viet N D, Duyen P T., Thang

N M., Viet D T., Lee Y P., Lam V D, Tung N T (2015),

“Characterizationsă ofă aă thermo-tunable broadband fishnet metamaterial at THz frequencies”,ăComputational Materials Science, 103, pp 189-193

There are 05 articles published in national journal:

1 Hien N T.,ă Quiă V.ă D,ă Giangă T.ă T.,ă Tungă N.ă T.ă andă Lamă V.ă D.,ă “Study,ă

design and fabricate metamaterials independent on the polarization of electromagnetic waves, Journal of Science and Technology, 54 (02), pp 258-265

2 Hien N T., Lien N T H., Hai N T and Lam V D (2016),ă “Study of

broadband perfect absorber base on metamaterials”,ăJournal of Science and Technology of Thai Nguyen University (Special number to celebrate the 86th anniversary of the founding of the Vietnam Women's Union), pp 173-

176

3 Hien N T., Ca N X., Tan P M., Kien N T., May N T and Lam V D

(2017), “Broadband Negative Permeability by Hybridized symmetric structure Metamaterials used to simulated method”, Journal of Science and Technology of Thai Nguyen University 172 (Special number to celebrate the 87th anniversary of the founding of the Vietnam Women's Union), tr 3-8

4 Duyen P T., Hien N T., Viet N D, Tung N T., and Lam V D (2015),

“Decisiveă roleă ofă theă dielectrică spaceră onă metamaterială hybridization”,ăJournal Science Research and Military Technology, 35 (02), pp 106-111

5 Hien N T., Ca N X., May N T., Tan P M., Tung N T and Lam V D

(2017),ă “Role of the dielectric loss on broadband negative refraction metamaterial hybridization”, Journal of Science , HaNoi Pedagogical University 2 , 51, pp 40-50

There are 01 articles published in proceeding conference

1 Lam V D., Tung N T., Hien N T, Viet D T., Trang P T and Hong L V

(2015),ă “Someă resultsă ofă researchă onă metamaterialsă ată theă Instituteă ofăMaterialsăScience”,ăProceedings Report - 40th Vietnam Academy of Science and Technology, pp 195-214

5.2 Training results:

There are 01 Master Thesis, 01 topic research and 02 Bachelor Thesis:

1 Phan Thi Duyen (2016), Study of the broadband metamaterial absorber

based on ring – structure, Master Thesis, University of Science and

Technology of Ha Noi

2 Nguyen Thi Hai (2015-2016), Study negative refractive metamaterials,

Student topic research, Thainguyen University of Science

3 Nguyen Thi Huong Lien (2015-2016), Optimize structure of

Metamaterial, Bachelor Thesis, Thainguyen University of Science

4 Nguyen Thi Hai (2016-2017), Study broadband negative permeability of

metamaterials, Bachelor Thesis, Thainguyen University of Science

5.4. Other results:

1 01 code for extract effectiveăparametersă(permeabilityă ,ă ăevaluationăofăpower, refractive index n, impedance z)

2 Process technology for fabricate metamaterials in Rada frequency

3 10 sample of metamaterials with size 15cmx15cm

6 Transfer alternatives, application institutions, impacts and benefits of reserach results:

- Ităisăaăimportantăpartăofăcoordinator’s my doctoral thesis

- The results of there search subject help students and teachers of the physics and technology faculty are up dated with the currents cientific issues in the world today

- The study of materials and fabrication metamaterials are search study of new materials applications extremely exciting and magical as "invisibility cloak" superlens, filter frequency, sensobiology There is a very important meaning in life

and especially inmilitary

nh ngăđ ngăl căquanătr ngăkhácăđ ănghiênăc uăcácăv tăli u nhânăt o,ăđóălàătri nă

v ng t oăraăcácătínhăch tăv ămôăm iăl ăb ngăcáchăs păx păvàăquyălu tăhóaătr tăt ,ăhìnhăd ngăvàăkíchăth căc aăcácăviăc uătrúcăt oănênăv tăli u.ăTrongăl nhăv căquangă

t ăđi uănàyăđãătr ăthànhăhi năth căv iăs ăraăđ iăc aăsiêuăv tăli u (Metamaterials - Meta) Hi nănayăcóănhi uăh ng nghiênăc uăkhácănhauăv ăv tăli uăMeta M tătrongăcácăh ngănghiênăc uăv ăv tăli uăMetaăđãăvàăđang đ căs ăt pătrungăđôngăđ oăcácănhàăkhoaăh c,ăs ăđ uăt ăr tăl năv ăkinhăphíăvàăcó s ăl ngăcácăcôngătrìnhăcôngăb ă

l nă đó làă h ngă nghiên v tă li uă Meta có chi tă su tă âmă (negativeă refractiveămetamaterial) V tăli uăMetaăcóăchi tăsu tăâm đ căch ăt oăthànhăcôngăl năđ uătiênă

n mă 2000ă b iă Smith [106], trong khi tínhă ch tă c aă nóă đ că tiênă đoánă v ă m tă lýăthuy tăt n mă1968ăb iăVeselago [119] V tăli uăMetaăcóăchi tăsu tăâm làăs ăk tă

h păhoànăh oăc aăhaiăthànhăph năđi năvàăt ăt oănênăv tăli uăđ ngăth iăcóăđ ăt ăth mă

âm ( <ă0)ăvàăđ ăđi năth m âm ( <ă0)ătrênăcùngăm tăd iăt năs ăDoăv y,ăv tăli uăMetaăcóăchi tăsu tăâmăcó nh ngătínhăch tăđi năt ăvàăquangăh căb tăth ng,ătrong đóăcóă s ă ngh chă đ oă c aă đ nhă lu tă Snell [142], s ă ngh chă đ oă trongă d chă chuy năDoppler [13],ăvàăs ăngh ch đ oăc aăphátăx ăCherenkovă[25]

Ngoàiănh ngătínhăch tăđ căbi tăk ătrên,ăr tănhi uă ngăd ngăkhácănhauăc aăv tă

li uăMeta đãăđ căđ ăxu tăvàăđ căki măch ngăb ngăth cănghi m.ăM tătrongănh ngăngăd ngăn iăb tănh tăc aăv tăli uănàyălàăsiêuăth uăkínhăđ căđ ăxu tăb iăPendryăvàoăn mă2000 [93], sau đóăđãăđ căZhangăvàăcácăc ngăs ăki măch ngăb ngăth cănghi m vào n mă2005 [31] M t ngăd ngăđ căđáoăkhác n aălàăs ăd ng v tăli uăMeta nh ălàă“áoăchoàng”ăđ ăcheăch năsóngăđi năt ă(electromagneticăcloaking),ăđ că

đ ăxu tăvàăki măch ngăb iăSchurig vàăc ngăs ăn mă2006 [92].ăB ngăvi căđi uăch nhăcácăthamăs ăhi uăd ngăµ và m tăcáchăh pălý,ăđ ngăđiăc aăcácătiaăsángăb ău năcongăkhiătruy nătrong v tăli uăMeta và đ ngăth iăkhôngăb ăph năx ăc ngănh ătánăx ăDoă v y, v tă li uă nàyă h aă h nă s ă đ că dùngă đ ă ch ă t oă l pă v tàng hình Ngoài

nh ngă ngăd ngăk ătrên,ăv tăli u Meta còn có ti măn ngătrong cácăl nhăv căkhácă

nh ăb ăl căt năs ă[7],ăc m bi năsinhăh c [65],ă.ă.ă.ăG năđây,ăm tăvài ngăd ngăn iă

b tăkhácăcóăth ăk ăđ nănh ălàăv tăli uăh păth ătuy tăđ iăsóngăđi năt khôngăph năx ă[64],ălàmăch măánhăsángă[135].ăV iăcácătínhăch tăđ căbi tănày,ăsiêuăv tăli uăh aăh nă

s ăcóăthêmănhi uă ngăd ng khácăn aătrongăth căt ănh ăthi tăb ăkhoaăh c,ăyăt ,ăpină

n ngăl ngăvàăđ căbi tătrong l nh v căquânăs

V i nh ngătínhăch tăđ căbi tăvàăkh ăn ngă ngăd ngătoăl nănày,ăv tăli uăMeta ngàyăcàngăđ căcácănhàăkhoaăh căquanătâmănghiênăc uăm tăcáchăm nhăm Trong

nh ngăn măg năđây,ănghiênăc uăv ăv tăli uăMeta trênăth ăgi iăc căkìăsôiăđ ngăvàăđãăthuăđ c nhi uăk tăqu ăthúăv ă ăVi tăNam,ănhómănghiênăc uădo PGS TS.ăV ă ìnhăLãm,ăVi năKhoaăh căv tăli uă- Vi năHàn lâm Khoaăh căvàăCôngăngh ăVi tăNamălàă

m tătrongănh ngănhómănghiênăc uăchuyên sâu v ăl nhăv cănàyăvàăđãăcóănhi uăcôngătrìnhăđ ngătrênăcácăt păchíăcó uy tín [56], [57], [120], [121] Trongăđóăch ănhi măđ ătàiălàă m tăthànhăviênă c aănhómă nghiênăc uă này Ngoài ra, nhóm nghiên c uăc aăPGS.ăTS.ăV ăV năYêm,ăTr ngă iăh căBáchăKhoaăHàăN i,ănhómănghiênăc uăc aăTS.ăNguy năHu nhăTu năAnh,ăTr ngă iăh c Khoa h căT ănhiênă- iăh căQu căgiaăThànhăph ăH ăChíăMinh, nhóm nghiênăc uăc aăTS.ăTr năM nhăC ngăthu căKhoaăV tălý,ăTr ngă iăh căS ăph măHàăN i c ng quanătâmăvàănghiênăc u v ă

l nhăv cănàyă[20],[132], [133]

V tăli uăMetaănóiăchungăvàăv tăli uăMetaăcóăchi tăsu tăâmănóiăriêngăđ uăho tă

đ ngăd aătrênăcácăc ngăh ngăđi năt ăkhiăt ngătácăv iăcácăthànhăph năđi năE và thànhăph năt ăH c aăsóngăđi năt ăchi uăđ n.ăChínhăvìăv y,ăvùngăho tăđ ngăcóăcácă

tínhăch tăđ căbi tăc aăv tăli uănàyăth ngăr tăh păvàăph ăthu căvàoăs ăphânăc căc aăsóngăđi năt ăDoăđó,ătr căkhiăđ aăv tăli uăMeta vàoă ngăd ng th căt ăthìăc năph iănghiênăc uăgi iăquy tăm tăs ăv năđ ăsau:ătìmăki măv tăli uăcóăc uătrúcăđ năgi năđ ă

d ădàngătrongăvi căch ăt o,ăđ căbi tălàăvùngăt năs ăTHzăho căcaoăh n vìăkíchăth că

c aăôăc ăs ăc uăthànhălênăv tăli uăr tănh ă(c ăvàiătr mă măđ năvàiănm),ăhayăvi cătìmă

ki măv tăli uăđ ngăh ngăkhôngăph ăthu căvàoăs ăphânăc căc aăsóngăđi năt ,ăv tă

li uăcóăvùngăt năs ălàmăvi căr ng Ngoàiăra,ăvi căthi tăk ăvàăch ăt oăv tăli uăcóătínhă

ch tăthayăđ iăm tăcáchălinhăho tăb ngăcácătácăđ ngăngo iăvi,ăhayăt iă uăhóaăc uătrúcă

đ ăgi măđ ăt năhaoăđi năt ăc aăv tăli uăkhiăho tăđ ngăc ngăđangăđ căquanătâmăsâuă

s c

V iălýădoăđó,ăm c tiêu c a đ tài là: Thi tăk ăvàăch ăt oăđ căsiêuăv tăli uă

metamaterialsăcóăd iăt năs ălàmăvi căr ngă ăvùngăsóngăRada

i t ng nghiên c u: Nghiênăc uăsiêuăv tăli uămetamaterialsăcóăd iăt năs ă

làmăvi căr ngă ăvùngăsóngăRadaă(c ăth ălàăsiêuăv tăli uăcóăchi tăsu tăâm)

N i dung vƠ ph ng pháp nghiên c u: ătài đ căth căhi năd aătrênăvi că

k tăh păgi aăxâyăd ngămôăhìnhăv tălý,ămôăph ngăthi tăk ăc uătrúc,ăch ăt oăm uăvàă

ki măch ngăb ngăcácăphépăđoăth cănghi m

ụ ngh a khoa h c vƠ th c ti n c a đ tƠi: ătài làăm tăcôngătrình nghiên

c uăc ăb n Cácănghiênăc uăchoăth yăcôngăngh ăthi tăk ăch ăt oăv tăli uăMetaăv iătínhăch tăvàăt năs ăho tăđ ngătheoăýămu nătrongăvùngăsóngăradaăđãăđ călàmăch ăhoànătoàn Cácăk tăqu ăch ăraăkh ăn ngăđi uăkhi nă cácătínhăch tăc aăv tăli uăMetaămôtăcachăh ăth ng, khoaăhoc, thâmăchiăcaiătiênăv iănhiêuă uăđiêmănôiătrôiăsoăv iăv tă

li uăthôngăth ngănh ăvâtăliêuăMetaăbiênăđôiăb ngăcacăt ngătacăngoaiăviăhayăm ărôngăvungăhoatăđông âyăla tiênăđêăchoănh ngănghiênăc uătiêpătheoă ăvungăt năs ăcao, tiênăt iălamăchuăhoanătoanăcôngănghêăthiêtăkêăchêătaoăsiêuăvâtăliêuăhoatăđôngă ăvùngăh ngăngo iăvàănhìnăth y, v iănhiêuă ngădungăthuăviătrongăth cătiên

tƠi đ c chia thƠnh 5 ch ng nh sau:

Ch ngăI:ăT ngăquanăv ăsiêu v tăli u (Metamaterial – Meta)

Ch ngăII:ăPh ngăphápănghiênăc uă

Ch ngăIII: K tăqu ăvàăth oălu n

Ph nă1: T iă uăhóa c uătrúcăv tăli u Meta có chi tăsu t âm

Ph nă2:ăM ăr ngăd i t nălàmăvi căc aăv tăli uăMetaăcóăchi tăsu tăâm

Ph nă3:ă i uăkhi năt năs ăv tăli uăMeta b ngănhi t đ

CH NG I T NG QUAN SIÊU V T LI U

(METAMATERIAL ậ META)

Trongăch ngănày,ăđ có b c tranh t ng quát v v t li uăMeta,ăđ u tiên đ tài s trình bày v đ nhăngh a, các nguyên t căc ăb năđ t o ra v t li u Meta, l ch s hình thành và phát tri n và cácăh ng nghiên c u chính c a v t li u Meta.ă c bi t,

t ng quan v v t li u Meta có chi t su t âm s đ c trình bày r t c th và chi ti t vì đâyălàăđ iăt ng nghiên c u chính c a đ tài Ti p theo là các v năđ liên quan đ n

mô hình lai hóa đ nghiên c u m r ng d i t n ho tăđ ng c a v t li uăMetaăc ngă

đ c trình bày Cu i cùng, m t s ph ngă phápă nghiênă c u v t li u Meta đ c trình bày cu iăch ng nh :ăph ngăphápă môăhìnhă m chă LC,ăph ngăphápă môă

s ăt năt iăc aănh ngănguyênăt ănhânăt oăđ căs păx pătrongăcácăm ngătinhăth nhân

t o,ăchoăphépăconăng iăcóăth ăt oăraănh ngătínhăch tăm iăl ăkhôngăt năt iătrongăt ănhiên,ăt ălâuăđãăthuăhútăs ăquanătâmăc aăcácănhàăkhoaăh c.ăV iăs ăphátătri năc aăkhoaăh căcôngăngh ,ănh ngă“siêuănguyênăt ”ăcóănh ngătínhăch tăđ căbi t,ăđ căt oăraăb ngăcáchăs păx p cóăch ăýănhi uănguyênăt ăcùngăho căkhácălo i trongăm tăôăc ă

s ,ăđãăraăđ iăt ăđ uănh ngăn mă80ăc aăth ăk ătr c [53] M tătrongănh ngăví d ă

đi năhìnhăv ăs ăthànhăcôngătrongăvi căt oăraăcácătínhăch tăm iăc aăv tăli uăb ngăcáchăcanăthi pănhânăt oăvàoăm ngătinhăth ăcóăth ăk ăđ nă ngănanoăcácăbonăvàăg năđâyălàăgrapheneă[85] Tuyănhiên,ăthúăv ăh năc ălàăs ăraăđ iăc aăv tăli uăcóăc uătrúcănhânăt o,ăđ căg iălà v tăli u Meta V tăli uăMeta đ căxâyăd ngăd aătrênănh ngăô

c ăs ăcóăc uătrúcănh tăđ nhăvàăđ căcoiănh ă“gi ănguyênăt ” (meta – atom) Nh ngă

“gi ănguyênăt ” này nh h nănhi uăl năb căsóngămàăt iăđóăcácătínhăch tăđ căbi tă

c a v tăli u Meta xu tăhi n [98].ăB ngăcáchăthayăđ iătínhăch tăho căquyălu tăs păx pă

c aăcácă“gi ănguyênăt ”ăchúng ta cóăth ăthuăđ căv tăli uăMeta có tínhăch tămong

mu nătrongăđóăcóăc ăcácătínhăch tăb t th ngăch aăđ cătìmăth yătrong t ănhiên nh ătínhă chi tă su tă âm [119],ă ngh chă đ oă đ nhă lu tă Snell [142],ă ngh chă đ oă đ nhă lu tăDopler [13]… Hìnhă 1.1ă trìnhă bàyă c uă trúcă c aă v tă li uă truy nă th ngă vàă v tă li uă

Meta.ă ăđây, chúng taăth yăr ngăcóăs t ngăt gi ngănhau gi aăhaiăc uătrúcănày

V tăli uătruy năth ngăđ căhìnhăthànhăt ănh ngănguyênăt ,ăgi aălàăh tănhân,ăxungăquanhălàăcácăđi năt ăTínhăch tăc aăv tăli uănàyăch ăy uăđ căquy tăđ nhăb iăl pă

đi năt ăngoàiăcùngăvàăs ăs păx păc aăcácănguyênăt ătrongăm ngătinhăth ăCònăđ iă

v iăv tăli uăMeta, đ căc uăt oăt ăcácăôăc ăs ă(th ngăđ cămôăhìnhăhóaăb iăm chă

đi năLC)ăt ngăt ănh ăm tă“nguyênăt ”ătrongăv tăli uătruy năth ngăvàăđ căg iălàă

“gi ă nguyênă t ”.ă Tínhă ch tă c aă v tă li uă Metaă đ că quy tă đ nhă ch ă y uă b iă hìnhă

d ng,ăc uătrúcăc aă“gi ănguyênăt ”ăvàătr tăt ăs păx păc aăcácă“gi ănguyênăt ”ănày.ă

Hình 1.1 ảình nh so sánh gi a c u trúc v t li u truy n th ng và v t li u εeta

V t li u truy n th ng đ c c u t o t nguyên t trong khi v t li u εeta c u t o t

các ô c s gi ng nh nguyên t

Nguyênăt căc ăb năđ ăt oăraăv tăli uăMeta làăd aăvàoălýăthuy tămôiătr ngăhi uă

d ng (effective medium theory - EMT).ă ă hi uă đ că nguyênă t că này,ă tr că h tăchúngătaăxemăxétăs ăt ngătácăgi a ánhăsángăv iăm tăv tăli uăb tăk ăM tătrongăcácă

đ iăl ngăđ cătr ng choăsóngăđi năt ălà t năs ăho căb căsóng.ăB căsóngăc aăánhăsángăth ngăcóăkíchăth căl năg păhàngătr măl n kíchăth căc aăcácănguyênăt ăc uăthànhăv tăli uăc ngănh ăkho ngăcáchăgi aăchúng.ăVìăth ,ăánhăsángăkhó có th ăphână

gi iăđ căchiăti tăhìnhă nhăc aăt ngănguyênăt ăđ căl p.ăNh ăđó,ătaăcóăth ătínhătrungăbìnhăt tăc ăcácănguyênăt ăvàăcoiăv tăli uănh ălàăm tăkh iăđ ngănh tăđ căđ cătr ngă

b iăcácăthamăs ăđi năt đóălà đ ăđi năth mă(hayăcònăđ căg iălàăh ngăs ăđi nămôi) vàăđ ăt ăth măµ.ăTrênăth căt ,ăđi uănàyăkhông b ăgi iăh nă ăcácănguyênăt ăhayăphână

t ăLýăthuy tămôiătr ngăhi uăd ng,ăchoăphépăb tăk ăv tăch tăkhôngăđ ngănh tănàoămàăkíchăth căvàăkho ngăcáchăgi aăcácăv tăch tănàyănh ăh năr tănhi uăl năsoăv iă

b căsóngăc aăsóngăđi năt ăđ uăcóăth ăđ cămôăt ăthôngăquaăcácăthamăs ă và µ

hi uăd ng.ăCóăhaiămôăhìnhăs ăd ngălýăthuy tămôiătr ngăhi uăd ngădoăBruggemană

và Maxwell-Garnettăđ ăxu t.ăTrongămôăhìnhăBruggeman,ăđ ăđi năth măhi uăd ngăeff

 c aămôiătr ngăđ căc uăthànhăt ăm môiătr ngănh ăđ cătínhăt ăcôngăth că[8]:

1

0 2

m

i eff i

 : Vi làăth ătíchăc aămôiă

tr ngănh ăth ăi và V làăth ătíchătoànăph n)ăvàăđ ăđi năth măc a môiătr ngănh ăth ă

i.ăTrongăđóă

1 1 m i i

f





Trong mô hình Maxwell-Garnett,ăđ ăđi năth măhi uăd ngă eff c aămôiătr ngă

g m: m môiătr ngăhìnhăc uăcóăđ ăđi năth măc aăt ngămôiătr ngălà  iđ căbaoăquanhăb iămôiătr ngăkhácăcóăđ ăđi năth mă m cóăth ăđ căxácăđ nhăt ăđi uăki n [32]:

Lýăthuy tămôiătr ngăhi uăd ngăápăd ngăchoăv tăli uăMeta đ căđ ăc păđ uătiênăb iăKoschny,ăv iăc uătrúcălà cácăs iădâyăkimălo iăvàăcácăvòngăc ngăh ngăcóărãnh (split-ring resonator - SRR),ăđ căs păx păm tăcáchătu năhoàn v iăkíchăth căôă

c ăs ănh ăh nănhi uăl năb căsóngăho tăđ ng [55] ăt ăth măhi uăd ngăvàăđ ăđi nă

th măhi uăd ngătuânătheoăcácăph ngătrình:

Dave    eff 0Eave (1.4)

0 ave    eff ave

TrongăđóăDave, Eave, Bave, Havel năl tălàăvect ăc mă ngăđi n,ăvect ăc ng đ ă

đi nătr ng,ăvect ăc mă ngăt ăvàăvect c ngăđ ăt ătr ngătrungăbình, eff và eff

l năl tălàăđ ăđi năth măvàăđ ăt ăth măhi u d ngăchoătoànăb ăv tăli uăMeta, 0 và 0

l năl tălà đ ăđi năth măvàăt ăth mătrongăchânăkhông

D aă trênă lýă thuy tă môiă tr ngă hi uă d ng,ă v tă li uă Meta th ngă đ că đ nhăngh aănh ăsau:ăV tăli uăMeta làăv tăli uăcóăc uătrúcănhânăt o,ăbaoăg măcácăc uătrúcă

c ăb năđ căs păx păm tăcáchătu năhoànă(ho căcóăth ăkhôngătu năhoàn),ămàătínhă

ch tăc aănóăph ăthu căvàoăc uătrúcăôăc ăs ăh nălàăcácăv tăli uăc uăthànhănênănó.ăV ă

c ăb n,ăc uătrúcăc a v tăli u Meta khôngăph iălàăđ ngănh t,ăbaoăg măr tănhi uăcácă

“gi ănguyênăt ”, cácă“gi ănguyênăt ” này cóăkíchăth cănh ăh năr tănhi uăl năb căsóngăho tăđ ngănênătínhăch tăđi năt ăc aăv tăli uăMeta cóăth ăđ căbi uădi năthôngăquaăcácăthamăs ăhi uăd ng Tuyănhiên,ăgi iăh năb căsóngăđ ăcóăth ăápăd ngăđ călýăthuy tămôiătr ngăhi uăd ngăđ iăv iăv tăli uăMetaăchoăđ nănayăv năcònălàăm tă

v năđ ăcònănhi uătranhăcãi.ăM tăs ănghiênăc uăg năđâyă[130], [105] choăth yăb ngă

vi căs ăd ngăc uătrúcălõiăv ăd ngăc uăv i đi uăki năsóngăđi năt ăchi uăđ năkhôngăb ătánăx ,ălýăthuy tămôiătr ngăhi uăd ngăcóăth ăđ căápăd ngăkhiăsóngăđi năt ăchi uă

đ năcóăb căsóngăch ăl năh nă1.3ăl năh ngăs ăm ng.ă

Cóăm tăđi uăc năl uăýăr ng,ădoăv tăli uăMetaăcóăkíchăth căôăc ăs ănh ăh nănhi uăl năb căsóngăho tăđ ngănênăkhiăsóngăđi năt ăchi uăđ năv tăli uăs ătách thành baăthànhăph n:ăthànhăph năph năx ă(reflection - R)ădoăkhôngăphùăh pătr ăkhángăc aă

v tăli uăv iămôiătr ng,ăthànhăph năh păth ă(absorption - A)ădoăb năch tăc aăv tă

li uăvàăthành ph nătruy năquaă(T),ăb ăquaăcácăthànhăph nănhi uăx ăvàătánăx ăNh ă

v y,ătaăd ădàngăcóăth ănh năth yăt ngăn ngăl ngăc aăbaătínăhi uăph năx ,ătruy năquaăvàăh păth ăph iăb ngăt ngăn ngăl ngăc aătínăhi uăsóngătruy năđ năv tăli uătheo côngăth c:ăRă+ăTă+ăAă=ă1 (100%) [63], [126] Nh ăv y,ăkhiăbi tăđ căhaiătrongăbaăgiáătr ănàyăthìăcóăth ăsuyăraăđ căgiáătr ăcònăl i.ăTrongăth căt ăvi căxácăđ nhăđ ph nă

x ă(R)ăvàătruy năquaă(T)ăr tăd ădàngăthôngăquaăcácăh ăs ăph năx ăS11 vàătruy năquaă

S21b ngăcáchăs ăd ngăcácă ngtenăghiănh nătínăhi uăđ tă ăcácăv ătríăthíchăh p (v iăRă

= (S11)2 và T = (S21)2),ăcònăđ ăh păth ăđ cătínhătoánăquaăcôngăth c:ăAă=ă1ă- R - T = 1- (S11)2 - (S21)2 Cácăh ăs ăph năx ăS11 vàătruy năquaăS21làăcácăh ăs ăbi uădi năm iăliênăh ăgi aăcácătínăhi uăghiănh năđ căv iătínăhi uăphátăraătheoămaătr năsau:

t ngă ngănh ătrongăhìnhă1.2.ă

ảình 1.2 S đ mô t các tín hi u phát (a) và tín hi u thu (b) t hai phía môi

tr ng

Thôngăth ngăđ ăkh oăsátăs ăt ngătácăc aăsóngăđi năt ăv iăv tăli uăthìăsóngă

đi năt ăch ăđ căchi uăđ năt ăm tăphíaă(gi ăs ăch ăchi uăt ăphíaămôiătr ngă1ănênăa2

=ă0)ănênătaăcóăph ngătrìnhă(1.7)ătr ăthành:

Nh ăv yăh ăs ăph năx ăvàătruy năquaălàăt ăs ăgi aătínăhi uăthuăđ cătrênătoànă

b ătínăhi uăphátăra l năl tă ăcùngăphíaăvàăkhácăphíaăv iăngu năphát.ăD ădàngănh nă

th yăđ năv ăđoăc aăcácăh ăs ănàyălàăt ăl ăph nătr mă(hayăcònăg iălàăthangătuy nătínhăvàănh năgiáătr ăt ă0ăđ nă1).ăNgoàiăraăng iătaăcònădùngăthangădeciben (dB) đ ăđoăcácăgiáătr ănàyăkhi th căhi năphépăchuy năđ iăs ăd ng hàm logarit (20lg(b/a) (dB) và

nh năgiáătr ăt ă0ăđ nă-̀).ăNh ăv y, thangăđoădBăs đ c s ăd ngăkhi soăsánhăhaiăđ iă

t ngănghiênăc uăcóăđ ăsaiăkhácănh

1.1.2 L ch s hình thành và phát tri n c a v t li u Meta

M tătrongănh ngătínhăch t đ uătiên đ cătìmăki măc aăv tăli uăMeta là tính

ch t chi tăsu tăâm c aăv tăli u.ăV ăm tălýăthuy t,ăs ăt năt iăc aăv t li uăcóăchi tăsu tăâmăđãăđ căđ ăxu tăvàoăn mă1968 b iăVaselago [119],ăd aătrênăs ăk tăh păđ ngă

th iăc aăv tăli uăcóăđ ăt ăth măâmă(µ < 0)ăvàăđ ăđi năth măâmă( < 0).ăTrongănhi uă

th ăk ăconăng iăđãătinăr ngăch ăs ăkhúcăx ăch ăcóăth ălàăd ng,ănh ngătrongăcông

trình côngăb ăc aăVaselagoăchoăr ngăch ăs ăkhúcăx c ngăcóăth ămangăgiáătr ăâm.ă

i uănàyăđãăkhi năchoăm iăng iănghiăng ăv ăs ăt năt iăc aănó.ăTuyănhiên,ăsau h nă30ăn măk ăt ăđ ăxu tăc aăVeselago,ăn mă1996,ăPendryăđãăđ aăraămôăhìnhăl iădâyăkimălo iăđ ăh ăth păt năs ăplasmaăv ăvùngăt năs ăGHză[94].ăTi pătheo,ăn m 1999, Pendryăti păt căđ aăraămôăhìnhăv tăli uăcóăđ ăt ăth măâm đ uătiênăd aătrênăc uătrúcăSRR ăt năs ăGHz [95].ăV iăhaiămôăhình nàyăc aăPendry,ăkh ăn ng ch ăt oăđ căv tă

li uăchi tăsu tăâmăđãăđ căm ăra.ăNgayăsauăđó,ăn mă2000, Smithăvàăc ngăs ăl năđ uătiênăch ngăminhăb ngăth cănghi măs ăt năt iăc aăv tăli uăchi tăsu tăâmă(n <ă0)ăd aătrên hai mô hình c a Pendryăđ ăxu t [106] Nh ngătínhăch tăkhácăth ngăc a v tăli uăMeta khôngăd ngăl iă ăđó.ăNh ăkh ăn ngătùy bi năc aănh ngă“gi ănguyênăt ”, v tă

li uăMetaăcóăth ăđ căthi tăk ăđ ăthayăđ iătínhăch tătruy năsóngăđi năt ăc aămôiă

tr ng.ăC ngăvàoăn mă2000,ăPendryăđãăch ngăminhăcóăth ăs ăd ngăv tăli uăMetaăcóăchi t su tăâm đ ăch ăt o siêuăth uăkínhă[93] i măkhácăbi tăc ăb năgi aăsiêuăth uăkínhăvàăth uăkínhăthôngăth ngă ăch ănóălàăth uăkínhăph ngăvàănh ăvàoăchi tăsu tăâm nên nóăho tăđ ngăgi ngănh ăm tăth uăkínhăh iăt ă căbi tăc ngănh ăvàoătínhăchi tăsu tă

âm, siêuăth uăkínhăcóăth ăph căh iăkhôngăch ăthànhăph nătruy năquaămàăc ăthànhăph nă

d păt tă(evanescentăwave)ăc aăsóngăt iă(hìnhă1.3) Vìăth ,ăđ ăphânăgi iăs ăđ cănângălênăg pănhi uăl năsoăv iăcácăth uăkínhăquangăh cătruy năth ng.ăN mă2005,ăsiêuăth uăkínhăquangăh căd aătrên v tăli u Metaăcóăchi tăsu tăâmăđãăđ căZhangăvàăcácăc ngă

s ăch ngăminhăthànhăcôngăb ngăth cănghi m [30]

Hình 1.3 ζguyên t c ho t đ ng c a siêu th u kính d a trên v t li u Meta có chi t

su t âm, nó ho t đ ng nh m t th u kính h i t và có kh n ng khôi ph c không ch thành ph n truy n qua mà c thành ph n d p t t nên đ phân gi i t ng lên r t

nhi u so v i th u kính thông th ng [93]

N mă2006, Pendryăm tăl năn a làmăchoăc ngăđ ngăkhoaăh căb tăng khi

đ aăraămôăhìnhăvàăch ngăminhăb ngăth cănghi măs ăt năt iăc aăl păv ătàngăhìnhăsóngă đi nă t ă b ngă v tă li uă Meta cóă t nă s ă ho tă đ ng t iă vùngă GHză[92] Trong nghiênăc uănày,ăv tăli uăMeta cóăth ăthayăđ iăchi tăsu t nh ăvàoăthayăđ iăcácătham

s ăc uătrúcăc aăôăc ăs nênăcóăth làmău năcongăđ ngăđiăc aăsóngăđi năt ăxungăquanhăm tăv tăth ăVìăkhôngăcóăs ăph năx ăsóngăt ăv t nênăđ iăv iăng iăquanăsátă

v tănàyălàă“tàngăhình” (hình 1.4).ăNh ăv y,ăv tăli uăMeta khôngănh ngăcóăth ăcóăchi tăsu tăâmămàăcònălàăm tăt păh păc aănh ngăm nhăkh mă(mosaic)ăquangăh căcóăgiáătr chi tăsu tăkhácănhauălàmău năcongăđ ngăđiăsóngăđi năt ă

Hình 1.4 ζguyên lý ho t đ ng c a áo choàng tàng hình, nh cách s p x p các l p

v t li u εeta có chi t su t khác nhau (hình a) m t cách h p lý xung quanh v t th

c n gi u, ánh sáng có th b b cong không ph n x (hình b) vì v y v t th

đ c“tàng hình” [92]

Ngayăsauăkhiăcácănghiênăc uăđ ăxu tă ngăd ngăs ăd ngăv tăli uăMetaălàmă

“áoăchoàngătàngăhình”,ăr tănhi uăcácăđ ăxu tă ngăd ngăkhácăđ căcôngăb ăG năđâyă

nh t,ăn mă2008,ăv tăli uăMetaăh păth ătuy tăđ iăsóngăđi năt ă(metamaterialăperfectăabsorber - MPA)ăđ uătiênăđãăđ căđ ăxu tăb iăI.ăLandyă[64] C ngăvàoăn mă2008,ăShuangăZhangăcùngăcácăc ngăs ăđãăch ngăminhăcóăth ăt oăraăv tăli uătrongăsu tăc măngă đi nă t ă (Electromagneticallyă Inducedă Transparencyă - EIT)ă d aă trênă v tă li uăMetaăcóăkh ăn ngălàmăch măhayăd ngăánhăsángă[135]

T ăđóăđ nănay,ăđãăcóăr tănhi uăcôngătrìnhănghiênăc uăv tăli uăMeta điăsâuăgi iăthíchăcácăc ăch ăv tălýăc ngănh ăhoànăthi năvàăphátătri năthêmăcácă ngăd ng.ăCácăk tă

qu ănghiênăc uănàyăchoăth y nghiênăc uăv tăli uăMetaăđãăđ tăđ cănh ngăti năb ăv tă

b căvàăcàng g năh năcácă ngăd ngăth căt :ăcóăth ăt oăraăđ căv tăli uăMetaăđ ngăh ngă(2D, 3D), ítăho căkhôngăph ăthu căvàoăphânăc căc aăsóngăđi năt ă[33], v tăli uăMeta

ho tăđ ngă ăvùngăt năs ăcaoă(th măchíăđãăđ tăt iăvùngăquangăh c)ăvàătrênăm tăd iăt nă

r ngă[89] hayăcóăth ăđi uăkhi năb ngăcácătácăđ ngăngo iăvi [39] …

1.1.3 Các h ng nghiên c u chính c a v t li u Meta

Sau các côngăb [106], [92], [91] v ăv tăli uăMeta,ăr tănhi u nhóm đãăđiăsâuănghiênăc uăl nhăv căm iăl ăvàăđ yăh aăh nănày.ăTh căt ,ăs ăl ngăcácănhàăkhoaă h că nghiênă c uă v ă v tă li uă Metaă vàă s ă l ngă cácă côngă trìnhă nghiênă c uăkhoaăh căđ căcôngăb ăliênăquanăđ năv tăli uănàyăđãăt ngălênăm tăcáchăđ tăbi n.ă

H nă10ăn m sauăkhiăthíănghi măđ uătiênăki măch ngăv ăs ăt năt iăv tăli uăchi tă

su tăâmăc aăSmithăvàăc ngăs ,ătínhăđ năth iăđi măhi năt iăs ăl ngănghiênăc uă

v ăv tăli uăMetaăđãălênăđ nătrênă30.000ăcôngătrìnhă(trênăScopus.org)ătrongăđóăs ăbàiăđ ngătrênăt păchíăScienceăvàăNatureăkho ngătrênă100ă(cácăs ăli uăth ngăkêă

đ căđ aăraătrênăhìnhă1.5 – c pănh tăđ năthángă7ăn mă2015).ăCóănhi uăph ngăphápăti păc năvà cácăh ngănghiênăc uăkhácănhauăđãăxu tăhi n,ătuy nhiên có hai

h ngănghiênăc uăđ căbi tăđ căquanătâmăđóălà:ă i) v tăli uăMetaăcóăchi tăsu tă

âm, ii) v tăli uăMetaăh păth ătuy tăđ iăvìănh ngătínhăch tăvàă ngăd ngă h aăh nămàănóămangăl i.ă

Hình 1.5 S công trình ISI công b theo n m

1.1.3.1 V t li u εeta h p th tuy t đ i sóng đi n t

V tăli uăMeta h păth ătuy tăđ iăsóngăđi năt ă(metamaterialăperfectăabsorberă

- MPA)ălàăv tăli uăcóăkh ăn ngăh păth ăhoànătoànăn ngăl ngăc aăsóngăđi năt ăchi uă

t i.ăDoăMPAăđ căt oăb iăcácăc uătrúcăc ngăh ngăđi năt ănênănguyênălíăho tăđ ngă

c aăMPAălàăh păth ăc ngăh ng.ăT iăt năs ăc ngăh ng,ăcácăđ iăl ngătruy năqua,ă

ph năx đ uăb ătri tătiêu [65].ăH păth ăsóngăđi năt ăc aăv tăli uăMeta cóăth ăđ căphânăchiaăthànhăhaiălo i:ăh păth ăc ngăh ngă(resonantăabsorbers)ăvàăh păth ătrênă

m tăvùngăt năs ăr ngă(broadbandăabsorbers).ăH păth ăc ngăh ngăd aătrênăs ăt ngătácăgi aăv tăli uăv iăsóngăđi năt ăcó c ngăh ngăt iăt năs ăxácăđ nh 0,ă ăđâyăb căsóngăđi năt ăt ngă ngăv iăt năs ă0 là 0 2 c/ 0 v iă călàăv nă t căánhăsángătrongăchânăkhông.ăH păth ăcóăd iăt n r ngăcóătínhăch tăh păth ăkhôngăph ăthu căvàoă

t năs ăc ăth ăvàădoăđóăcóăth ăh păth ăsóng đi năt ătrênăm tăd iăr ngăl n.ă

MPAăth ngăđ căc uăt oăg mă3ăl p:ăhaiăl păkimălo iăth ngăđ căt oă

b iăcácăkimălo iăd năđi năt tănh ăvàng,ăb c,ăđ ngăvàăxenăk ălàăl păđi nămôi.ăT iă

t năs ăxácăđ nh,ăMPAăh păth ăsóngăđi năt ăt tăh nănhi uăsoăv iăcácăv tăli uăđ cănghiênă c uă tr că đâyă (mànă Salisbury,ă l pă Dällenbachă ).ă Ngoàiă ra,ă m tă trongă

nh ngătínhăch tăh tăs căthúăv ăc aăMPAălàăcóăkh ăn ngăđi uăch nhăđ căvùngăt nă

s ăho tăđ ngămongămu năthôngăquaăthayăđ iăkíchăth căvàăv iăl iăth ăđ ădàyănh ă

nh ăđãăđ căch ngăminhălà  0/40 [67], 0/69 [68]

Tuyănhiên,ătr căkhiăđ aăv tăli uăMPAătr ăthànhănh ngă ngăd ngăth căt ,ă

v năcònănh ngăv năđ ăc ăb năc năđ căgi iăquy t.ăM tătrongănh ngăh ngănghiênă

c uăđ căcácănhàăkhoa h căt pătrungăgi iăquy tăđóălàătìmăki mănh ngăc uătrúcăMPAă

đ năgi n.ăC uătrúcăMPAăđ u tiên do Landyăđ ăxu tă[64] cóăđ ăh păth ăt tă(A 

99%ăt iăt năs ă11.65ăGHz) (xem hình 1.6),ănh ngăđòiăh iăk ăthu tăch ăt oăr tătinhăvi,ăv iăđ ăchínhăxácăv ăkíchăth căd iă1%.ăKhiăápăd ngăc uătrúcăLandyăchoăvùngă

t năs ăcao,ăkíchăth căm uănh ăd n,ăvi căch ăt oăm uăv iăđ ăchínhăxácăcaoăcàngătr ănên khó kh n.ă Th că t ă đãă cóă nhi uă đ ă xu tă khácă nhauă đ ă c iă ti nă c uă trúcă c aăLandy.ăM tătrongănh ngăc uătrúcăcóăth ăk ăđ nălàăc uătrúcăd uăc ngăk tăh păv iă

m chăc ngăh ngăđi nădoăchínhăLandyăđ ăxu tă01ăn măsauăđóă[65] C uătrúcănàyătuyăcóăđ năgi năvàăd ăch ăt oăh n,ănh ngăđ ăh păth ăl iăgi măm nhăt ă99%ăxu ngăcònă78%.ăC uătrúcănàyăsauăđóăđ căc iăti năb ngăm chăc ngăh ngăđi năcó d ngăvòngăh ăk tăh păv iăt măkimălo iăph ngădoănhómăSoukoulisă đ iăh căIowaăđ ăxu tă[123] C uătrúcădoăSoukoulisăđ ăxu tăchoăđ ăh păth ăcao,ăkhôngăb ă nhăh ngăb iăphânăc căsóng,ăcóăkh ăn ngăh păth ăv iănhi uăgócăt iăkhácănhau,ătuyănhiênăv năđòiă

h iăk ăthu tăch ăt oăph căt p.ăVìăth ăchoăt iănay,ăquáătrìnhătìmăki măm tăc uătrúcăMPAăt iă uăv năđangăti păt cădi năraăm tăcáchăm nhăm ătrênăm iăd iăt năs [53], [82], [46], [69], [101], [37]

Hình 1.6 a) Ô c s và b) Ph ph n x (xanh l c), ph truy n qua (xanh lam) và

ph h p th (màu đ ) c a εPA đ u tiên đ c tìm ra b i δandy n m 2008 h p

th A đ c tính toán t đ ph n x R và đ truy n qua T (A =1 - T - R) [64]

Songăsongăv iăvi căt iă uăhóaăc uătrúc,ăvi căm ăr ngăd iăt năh păth ăc aăcácăc uătrúcăMPAăc ngăr tăđ căquanătâm [70], [23] C ch ăch ăy uăđ ăm ăr ngă

d iăh păth ăc aăcácăc uătrúcăMPAălàăk tăh pănhi uăc uătrúcăh păth ăđ năl ăt iăcácă

t năs ăkhácănhauătrongăm tăôăc ăs ăM tătrongănh ngăk tăqu ătiêuăbi uăcóăth ăk ăđ nălàăv tăli uăMPAăg mănhi uăc uătrúcăvòngăc ngăh ngăt iăcácăt năs ăkhácănhauădoănhómăc aăCummerăđ ăxu tăn m 2010 [34] Môăhìnhăc aăCummerăchoăđ ăh păth ă99.9%ăt iăt năs ă2.4ăGHzăv iăđ ăr ngăd iăt năh păth ălênăt iă30%.ăM tăh ngăti pă

c năkhácălàăt cácăc uătrúcăd năsóng,ănhómăc aăLuoăđãăđ ăxu tăs ăd ngăc uătrúcăMPAăd ngăd iăph ăhìnhăvuôngăc ngăchoăđ ăr ngăh păth ăt ngăđ ngă[79] Ngoài ra,ăk ăthu tăs ăd ngăph năt ăm chăt pătrungă(lumpedăcircuităelement)ăc ngăđ căápă

d ngăđ ăthayăđ iătr ăkhángăc aăm chăc ngăh ng,ăd năt iăthayăđ iăt năs ăc aăm chă

c ngăh ngăđ ăm ăr ngăd iăh păth ă[17]

M tătrongănh ngănh căđi măc aăv tăli uăMPAăkhiăđ aăvàoă ngăd ngăđóălàă

t n s ăh păth ăkhôngăth ăthayăđ iăsauăkhiăch ăt o.ăCácăthi tăb ăs ăd ngăv tăli uăMPAă

s ătr ănênălinhăho tăh năkhiăt năs ăh păth ăcóăth ăđi uăkhi năb ngăcácăy uăt ăngo iăviănh ăt ătr ng,ăđi nătr ng,ăánhăsáng,ănhi tăđ ă v v…ăDoăđó,ătrongăth iăgianăg năđây,ăvi cătíchăh păcácăv tăli uăbi năđ iăvàoăc uătrúcăh păth ăvàănghiênăc uăcácătínhă

ch tăphiătuy năc aăv tăli uăMPAătíchăh pănàyăc ngăđ căcácănhàăkhoaăh căđ căbi tăquan tâm [78], [122]

Vi cănghiênăc uătínhăch tăh păth ăc aăv tăli uăMetaăseălaătiênăđêăcho hàngălo tăngăti măn ngătrongăcôngănghi pă(nh ăchêătaoăviănhi tăk , cácăphòngăch năb căx ăcôngă

nghiêp, pin m tătr iăhi uăsu tăcao…) màăđ căbi tătrongăl nhăv căqu căphòng (thayăđ iă

h ngăđiăc a sóngăđi năt , tàngăhìnhă nhănhi t,ătácăchiênăbanăđêm…)

1.1.3.2 V t li u εeta có chi t su t âm

Lo iăv tăli uăMetaăđ cănghiênăc uăđ uătiênăvàănhi uănh tălàăv tăli uăMetaăcóăchi tăsu tăâm.ăD aătrênăýăt ngăbanăđ uăc aăVeselago [119] M tătrongănh ngă

tínhăch tăthúăv ăn aăc aăv tăli uăcóăchi tăsu tăâmălàă3ăvect ăc aăsóngăđi năt ăăE, H,

k tuânătheoăquyăt căbànătayătráiă(left-handedăset).ăDoăv y,ăv tăli uăcóăchi tăsu tăâmăcònăđ căg iălàăv tăli uăleft-handed metamaterials -LHMs Nh ăvàoăcácătínhăch tăk ă

di uănày,ăv tăli uăMeta cóăchi tăsu tăâmăh aăh năr tănhi uăti măn ngă ngăd ngănh :ăsiêuăth uăkínhă[93], antenna [143], [49], m tătrongănh ngăthànhăph năch ăt oă“áoăkhoácătàngăhình” [91]…ăChínhăvìăv tăli uăMetaăcóăchi tăsu tăâm cóăcácătínhăch tăđ căbi tăvàă

kh ăn ngă ngăd ngăth căt ăk ătrên,ăđ ătài đãăl aăch năv tăli uănàyălàmăđ iăt ngănghiênă

c uăchính.ă

ăđ aăv tăli uăMetaăcóăchi tăsu tăâmăvào nh ngă ngăd ng trongăth căt ,ăcònăr tănhi uăv năđ ăc năđ călàmărõăvàăc nănghiênăc uăm tăcáchăth aăđáng.ăC ngă

nh ăv tăli uăMetaăkhác,ăv tăli uăMetaăcóăchi t su tăâmăđ uăđ căt oăraăd aătrênăcácă

c ngăh ngăđi n,ăt ăkhiăt ngătác v iăcácăthànhăph năđi năE vàăt ăH c aăsóngăđi nă

t ătr ngăchi uăđ n.ăK tăqu ălàăvùngăcóăchi tăsu tăâmăth ngăr tăh păvàăph ăthu căvàoăs ăphânăc căc aăsóngăđi năt ăVìăv y,ăv năđ ăc năgi iăquy tătr cătiênălàăb ngăcáchănàoăđ ăch ăt o v tăli uăMetaăcóăchi tăsu tăâm cóăc uătrúcăđ năgi n d ădàngăch ă

t oăvà đ căbi tăđ iăx ngăcao đ ăt oăraătínhăđ ngăh ngăchoăv tăli u.ăTi pătheoălà m ă

r ngăd i t năho tăđ ngăc aăv tăli u.ăBênăc nhăđó, vi căđi uăkhi nătínhăch tăc aăv tă

li uăb ngăcácătácăđ ngăngo iăviă(quang,ănhi t,ăđi n,ăt …)ăc ngăđangăđ căcácănhà khoaăh căquanătâmănghiênăc uăvìănh ngă ngăd ngăth căt ămàănóămangăl i.ăBaăv nă

đ ăc năgi iăquy tănàyăc ngălàăbaăm cătiêuăc aăđ ătài,ăcácăk tăqu ănghiênăc uăđ tă

đ cătrìnhăbàyătrongăph năk tăqu ăvàăth oălu nă(ch ngăIII, ch ngăIV và ch ngăV)

V iăđ iăt ngănghiênăc uăchínhălàăv tăli uăMetaăcóăchi tăsu tăâm, vi cătìmă

hi uăc năk t ngăquanăv ăv tăli uănày làăđi uăr tăc năthi tăvà đ căchúng tôi trình bày ngayătrongăph năti pătheo

1.2 T ng quan v v t li u Meta có chi t su t âm

Hình 1.7 trìnhăbàyăm tăgi năđ ăđ năgi năchoăphépătaăphânălo iăcácăv tăli uătheoăthamăs ăđi năt : đ ăđi năth mă và đ ăt ăth mă ăH uăh tăcácălo iăv tăli uătrongă

t ănhiênăđ uăcóăc ăhaiăthànhăph năđ ăt ăth măvàăđ ăđi năth măd ngă( > 0, > 0)

vàăsóngăđi năt ăcóăth ălanătruy năđ cătrongălo iăv tăli uănày vàăcóăt năhao Góc

ph năt ăth ăhaiăc aăgi năđ ă( < 0, > 0) th ăhi nătínhăch tăc aămôiătr ngăcóăđ ă

đi năth măâm,ătínhăch tănàyăxu tăhi nătrongăkimălo iăd iăt năs ăplasma.ăGócăph nă

t ăth ăt ă( > 0, < 0) th ăhi nătínhăch tăc aămôiătr ngăcóăđ ăt ăth măâm,ătínhă

ch tănàyăt năt iătrongăm tăs ălo iăv tăli uăt ăt iăt năs ăth pă(c ăMHz).ă Trong hai

tr ngăh pămôiătr ngăch ăcóăm tătrongăhaiăgiáătr ăđ ăt ăth măho căđ ăđi năth măâm,ăgiáătr ăcònăl iăd ngăsóngăđi n t ănhanhăchóngăb ăd păt tăkhiătruy năvàoălo iăv tă

li uănày.ăTr ngăh păđ căbi t,ăđ ăđi năth măvàăđ ăt ăth măđ uăcóăgiáătr ăâmă( < 0, < 0),ămôiătr ngăđ căg iălàămôiătr ngăchi tăsu tăâmăképă(double-negative hay LHMs)ănh ăbi uădi nătrênăgócăph năt ăth ba Gi ngănh ăv tăli uăchi tăsu tăd ng,ăsóngăđi năt ăc ngăcóăth ătruy năvàoăv tăli uănàyăvàăcóăt năhao.ăTuyănhiênăcóăm tă

đi măkhácăbi tălàăh ngătruy năsóngăvàăh ngătruy năn ngăl ngăng căchi uănhauătrongămôiătr ngăcóăchi tăsu tăâm.ă

Hình 1.7 Ải n đ bi u di n m i liên h gi a và [98]

V tăli uăMetaăcóăchi tăsu tăâmăhi năv n ch aăđ cătìmăth yăt năt iătrongăt ănhiênănh ngăđãăđ căch ăt oăvàăki măch ngăđ uătiênăb iănhómăc aăSmith [106] d aătrênă môă hìnhă l iă dâyă kimă lo iă (thànhă ph nă đi n)ă vàă vòngă c ngă h ngă cóă rãnhă(thànhăph năt )ăđ căđ ăxu tăb iăPendry [93], [94] Hình 1.8 làăm uăch ăt oăvàăph ă

truy năqua th cănghi m c aăm uă ăvùngăt năs ăGHz.ăK tăqu ăchoăth yăkhiăl iădâyăkimălo iă(t o ra <ă0)ăđ căthêmăvào,ăvùngăkhôngătruy năquaăc aăSRRă(t oăraăµ < 0)ăchuy năthànhăvùngătruy năqua.ăMôăhìnhătrênăđãăch ngăminhăcho gi ăthuy tăc aăVeselagoăv ăs ăt năt iăc aămôiătr ngăcóăđ ngăth iăđ ăđi năth măvàăt ăth măâm.ăTuyănhiên,ăgi ăthuy tănàyăsau đóăđ c m ăr ngăkhi chúng taăhoànătoànăcóăth ăt oăraă

v tăli uăchi tăsu tăâmămàăkhôngăc năđ ngăth iăđi năth măvàăt ăth măâm.ăChiăti tă

vi căgi iăthíchăvàătínhătoánăđ ăđ tăđ căvùngăcóăchi tăsu tăâmăs ăđ cătrìnhăbàyăchi

ti tătrongăm că1.2.4

a) b)

Hình 1.8 a) V t li u có chi t su t âm ho t đ ng t n s Ảảz; b) Ph ph n x và truy n qua c a v t li u có c u trúc hình (a).Tính ch t chi t su t âm (n < 0) c a

v t li u th hi n vùng t n s 4.7 đ n 5.2 Ảảz [106]

K ăt ăn mă2000ăchoăđ nănay,ăd aătrênăc uătrúcăc aăSmithăvàăc ngăs ă[106] đãăcóăr tănhi uăc uătrúcăbi năđ iăkhácăđ căđ ăxu tăvàăki măch ngăcóăth ăt oăraăv tăli uăMetaăcóăchi tăsu tăâm.ăCóăth ăk ătênăm tătrongăcácăc uătrúcăđóălà:ăc uătrúcăk tăh p,ă

c uătrúcăfishnet,ăc uătrúcăch ă ă[51].ă ăt oăraăchi tăsu tăâm,ăcácăc uătrúcătrênăđ uă

đ căc uăt oăt ăhaiăthànhăph n: i) thànhăph năt ăđ ăt oăraăđ ăt ăth măâmă(µă<ă0),ăii) thànhăph năđi năđ ăt oăraăđ ăđi năth măâmă( ă<ă0)ăd iăt năs ăplasma.ă

1.2.1 V t li u có đ đi n th m âm ( < 0)

Trongăt ănhiên,ăchúngătaăcóăth ăthuăđ căđ ăđi năth măâmăc aăkimălo iă

d iăt năs ăplasma.ăHàmăs ăđ ăđi năth m c aăv tăli uăkimălo iăph ăthu căvàoăt nă

s c aăsóngăchi uăt i đ căbi uădi n theo mô hình Drude có ph ngătrìnhănh ăsau [98]:

0 e p

Nem

đi nămôiăhoànătoànălàă oădoăs ăt năhao r tăl n.ă ăcóăth ăthuăđ căđ ăđi năth măâmăăvùngăt năs ăth p,ăvíăd ănh ăvùngăsóngăviăba,ăPendryăđãăđ ăxu tămôăhìnhăl iădâyăkimălo iăm ngănh ă ăhìnhă1.9 [94].ăMôăhìnhănàyăbaoăg măm tădãyăcácădâyăkimălo iă

m ng,ădàiăvôăh n,ăđ căđ tăsongăsongăvàăcáchăđ uănhau.ăMôiătr ngăl iădâyăkimă

lo iănàyăcóăkh ăn ngăh ăth păđángăk ăt năs plasmaăb iăhaiălýădoăchính.ăTh ănh t,ă

m tăđ ăđi năt ăhi uăd ngăloãngăb tăvìăcácăđi n t b ăgi iăh năbênătrongăcácădâyăkimă

lo iăm ngăn mătrongăm tăôăc ăs ă

Hình 1.9 C u trúc l i dây kim lo i m ng s p x p tu n hoàn [94]

Lýădoăth ăhaiălàăkh iăl ngăhi uăd ngăc aăđi năt ăđ căt ngălênăm tăcáchăđángăk ăHi năt ngănàyăđ căgi iăthíchălàăk tăqu ăc aădòngăc mă ngătrongădâyăkimă

lo iăvàăt ătr ngăđ căkíchăthích.ăCácădâyăkimălo iătrongămôăhìnhătrênăcóăđ ăt ăc mă

r tăl n.ăTheoăđ nhălu tăLenz,ăđ ăt ăc mănàyăs ăch ngăl iăt căđ ăbi năthiênăc aădòngă

đi n.ăH ăqu ălàăcácăđi năt ăgi ngănh ăđ căt ngăthêmăm tăkh iăl ngăc căl n.ăT nă

s ăplasmaăhi uăd ngăm iăt oăb iăl iădâyăkimălo iăm ngăđ cătínhănh ătrongătàiă

li uăthamăkh oă[94] cóăd ng:

2

2

2( )

ln( / )p

ceff

Trênăhìnhă1.10ălàăm tătrongăcácăk tăqu ăs ăd ngămôăhìnhăl iădâyăkimălo iă( ăđâyăs ăd ngădâyăb căcóăbánăkínhăr = 55 µm, a = 40 mm)ăđãăh ăth păđ căt năs ăPlasmaăv ăvùngăGHză(1GHz)

1.2.2 V t li u có đ t th m âm

H uăh tăcácăv tăli uăthôngăth ngătrongăt ănhiênăđ uăcóăđ ăt ăth măd ng,ă

ch ăcóăm tăs ăítăv tăli uăt năt iăđ ăt ăth măâm.ăBênăc nhăđó,ătínhăch tăt ăc aăcácăv tă

li uăđóăth ngăch ăt năt iă ăt năs ăth p,ăvàăh uăh tăb ăd păt tă ăvùngăt năs ăl năh nă

GHz.ă că bi tă trongă l nhă v că quangă h c,ă theoă nh ă quană đi mă c aă Landauă vàăLifshitz vi căđ ăc păđ nătínhăch tăt ăđ căcoiălàăkhôngăcóăýăngh aăv tălý [63] i uănàyăđ căgi iăthíchălàădoăthànhăph năt ăc aăsóngăđi năt ăt ngătácăv iănguyênăt ă

y uăh năr tănhi uăsoăv iăthànhăph năđi năt iăt năs ăquangăh c [85].ăT ngătácăt ăv iă

nguyênăt ăt ăl ăthu năv iăt ătr ng Bohr 0

2 B e

e

ea

m c

    , trongăkhiăt ngătácăđi nă

là ea0 v iă ảă1/137 Xétăt ngăc ng,ăhi uă ngăc aăsóngăđi năt ălênăđ ăt ăth măy uă

h nă 2 l năsoăv iăthànhăph năđi n M tălýădoăquanătr ngăkhácălàăcácăd chăchuy nă

l ngăc căt ăch ăđ căphépăgi aăcácătr ngătháiăv iăcùngăch ăs ăkhôngăgianătrongăhàm sóng [109].ăHi uăn ngăl ngăgi aăhaiătr ngătháiănh ăv yăl iănh ăh năr tănhi uăsoăv iăn ngăl ngăc aăphoton.ăNgoàiăra,ăvìăcácăđ năc căt ăkhôngăt năt iătrongăt ănhiênănênătaăc ngăkhôngăth ăt oăraăđ căplasmaăt ăgi ngănh ămôăhìnhăplasmaăđi nă

áp d ngăchoăcácăđi năt ătrongăkimălo i

Hình 1.11 S đ c u trúc c a SRR và các c u trúc SRR trong dãy tu n hoàn[95].

M cădùăv y,ăhi năt ngăt ăc ngăcóăth ăthuăđ căt ăcácăv tăli uăphiăt ăb ngăcáchăkíchăthíchăcácădòngăđi nătrònănh măt oăraăm tămomentăl ngăc c.ăD aătrênănguyênălýănày,ăvàoăn mă1999,ăPendryăđãăđ ăxu tămôăhìnhăđ uătiênăt oăraăđ ăt ăth măâmă ăvùngăt năs ăGHză[95] g măm tădãyătu năhoànăc aă2 c uătrúcăSRRăđ năl ngăvào nhau (hình 1.11)

Hình 1.12 trìnhăbàyănguyênălýăho tăđ ngăc aăSRRăđ ăt oăraăđ ăt ăth măâm.ăKhiăđ tăm tăt ătr ngăbi năthiênăh ngătheoătr căc aăSRR,ăvòngăc ngăh ngăs ă

sinhăraăm tădòngăđi n.ă ngăth iădòngăđi nănàyăb năthânănóăl iăc mă ngăraăm tă

l ngăc căt ăD iăt năs ăc ngăh ngă 0,ăc ngăđ ăc aăl ngăc căt ăt ngăd nătheoă

t năs ăvàăcùngăphaăv iătr ngăkíchăthích.ăC uătrúcăSRRăbi uăhi năđ cătr ngăthu nă

t ăKhiăt năs ăti măc nă 0,ădòngăđi năsinhăraătrongăvòngăkhôngăth ătheoăk pătr ngăngoàiăvàăb tăđ uăb ătr ăTrênăt năs ăc ngăh ng,ăl ngăc căt ăcàngătr ăh năchoăđ năkhiănóăhoànătoànăng căphaăsoăv iătr ngăkíchăthích.ăC uătrúcăSRRălúcănàyămangătínhăch tăngh chăt ăTr ngăh păsauăđ căs ăd ngăđ ăt oăraăđ ăt ăth măâm,ădoăt iălânăc năt năs ăc ngăh ng,ătínhăngh chăt ăđ căt ngăc ngăm tăcáchăđángăk ăđ ăđ ă

t oăraăđ căđ ăt ăth mănh ăh năkhôngă(µ < 0)

Hình 1.12 ζguyên lý ho t đ ng c a SRR đ t o ra µ < 0 [95]

L uăýăr ng,ăkíchăth căc aăSRRăc ngănh ăđ ătu năhoànăc aăchúngănh ăh nă

r tănhi uăl năb căsóngăc aăvùngăt năs ăho tăđ ngăvàăđi uăđóăchoăphépătaămiêuăt ămôăhìnhănàyăb ngăthamăs ăhi uăd ngăµeff(t ngăt ănh ăđ ăđi năth măhi uăd ngăđãă

đ căđ ăc pă ăm cătr c).ă ăt ăth măhi uăd ngăc aămôăhìnhăSRRăđ cătínhănh ăsau:

F i

rFa



0 2

0 0

1C

2 2 3 0

1

32

1eff

radci

Môăhìnhăc uătrúcăSRRădoăPendryăđ ăxu tăkhácăbi tă ăch ătínhăch tăt ăkhôngă

h ăd aătrênăcácămomentăt ăv nhăc uănh ăcácăv tăli uăthôngăth ng.ăKhôngănh ngă

th ,ămôăhìnhănàyăcònăt oăraăđ căt năs ă"plasmaăt "ăt ngăt ănh ăthànhăph năđi nămàăkhôngăc năđ năcácăđ năc căt ăVùngăt năs ăcóăµ <ă0ăs ăn măgi aăt năs ăc ngă

h ngă 0 vàăt năs ăplasmaăt ă mpnh ăđ căbi uădi nătrênăhìnhă1.13,ă ăđó:

2 0

2 3 0

2

33

(1 )

pm

dcr

ra

D ă th yă r ng,ă côngă th că (1.17) và (1.18)ă ch ă ph ă thu că vàoă cácă thamă s ăhìnhăh căc aăc uătrúcăSRR.ăDoăđó,ătaăcóăth ătùyăbi năcácăthamăs ănàyăđ ăthuăđ că

t năs ăc ngăh ngăvàăt năs ăplasmaăt ănh ăýămu n.ă i uănàyăchoăth yătínhălinhăho tă

c aăv tăli uăMeta khiănóăkhôngăh ăb ăgi iăh nă ăb tăk ăd iăt năs ănào

âm

Th căra,ăc uătrúcăSRRăđ căđ ăxu tăđ uătiênăb iăPendryăvàăc uătrúcăCWPălàă

đ ăt oăraăđ ăt ăth măâm.ăTuyănhiên,ăc uătrúcănàyăc ngăcóăth ăđ căs ăd ngăđ ăt oăraă

đ ă đi nă th mă âm.ă Khiă đi nă tr ngă ngoàiă đ tă vàoă songă songă v iă c nhă ch aă rãnh,ădòngăđi năđ căc mă ngătrênăm chă(hìnhă1.15).ăT iăt năs ăc ngăh ng,ătaăs ăthuă

đ că <ă0.ă i măkhácăbi tăc ăb năgi aăcácăy uăt ăc ngăh ngănàyăv iămôăhìnhăl iădâyăkimălo iăđ căđ ăxu tă ătrênăn mă ăđ r ngăc aăvùngăđi năth măâm.ăDoăb nă

ch tăc ngăh ng,ăcácăc uătrúcăc ngăh ngăch ăcóăth ăt oăraăđ că <ă0ătrongăm tăd iă

t năs ăr tăh p.ăTrongăm tăs ătr ngăh p,ăđi uănàyăs ăgâyăkhóăkh nătrongăvi căt oăraă

n <ă0,ăb iăyêuăc uăvùngăă < 0 và µ <ă0ăph iătrùngălên nhau

a) b)

Hình 1.15 a) C u trúc vòng c ng h ng có rãnh (SRR) và đ nh h ng c a đi n

tr ng ngoài b) εô hình m ch đi n δC t ng đ ng.

1.2.3 M t s lý thuy t trong v t li u chi t su t âm

ăhi uăcácătínhăch tăliênăquanăđ năs ătruy năsóngăđi năt ,ăchúngătaăs ăxu tăphátăt ăh ăph ngătrìnhăMaxwell.ăH ăph ngătrìnhăMaxwellă(trongăh ăCGS)ăvi tăchoăcácălo iăv tăli uăcóăd ng:

Trongăđó,ăD và B làăđ ăc mă ngăđi năvàăc mă ngăt ăCácăđ iăl ng và j

t ngă ngăv iăm tăđ ăđi nătíchăvàăm tăđ ădòngăđi n.ăH ngăs ăc làăkýăhi uăc aăv nă

t căánhăsángă(trongăchânăkhông).ăXétăv iătr ngăh păsóngăđi năt ,ăvìăđâyălàătr ngă

đi năt ăt ădoă ăcáchăxaăđi nătíchăvàădòngăđi n nên (j = 0) và ( = 0),ăăh ăph ngă

trìnhăMaxwellăcóăth ăđ cărútăg năthành:

Thayă ph ngă trìnhă (1.23), (1.24)ă vàoă cácă ph ngă trìnhă (1.25-1.28)ă vàă s ă

d ngăbi uădi nă(1.29),ătaănh năđ căk tăqu ăsau:

Bi uăth că(1.30), (1.31)ăr tăquanătr ng,ănóăgiúpăchúngătaăhi uărõăngu năg că

b năch tăc aăv tăli uăLHMs.ăN uăc ă và cùngăd ng,ăbaăvectorăE, H, k t oăthànhă

m tătamădi năthu nă(tuânătheoăquyăt căbànătayăph i).ăTrongătr ngăh pă và đ ngă

th iăâm,ăbaăvectorăE, H, k s ăt oăthànhăm tătamădi năngh chă(tuânătheoăquyăt căbànă

tayă trái).ă Cùngă lúcă đó,ă h ngă c aă dòngă n ngă l ngă đ că xácă đ nhă b iă vectoră

Poynting S khôngăph ăthu căvàoăd uăc aă và :

Vector Poynting S luônăh ngăraăngoàiăngu năphátăx ă iăv iăv tăli uăcóă

và cùngăd ng,ăvectorăsóngăk h ngăraăt ăngu năphátăx ă(t călàăhaiăvectorăS và k

songăsongăv iănhau).ăTuyănhiênătrongătr ngăh păv tăli uăcóă và cùngăâm,ăkhiăđóă

vector sóng k h ngăvàoăngu năphátăx ă(haiăvectorăk và S đ iăsong),ăhi năt ngănàyă

cònăđ căg iălàăsóngăng că(backwardăwave).ă âyălàăm tătrongănh ngăđi măkhácă

bi tăchínhăgi aătr ngăh păv tăli uăcóă và cùngăâmăv iătr ngăh păv tăli uăcóăhaiăgiáătr ă và cùngăd ng

1.2.4 V t li u Meta có chi t su t âm đ n và kép

Taăcóăth ăth yăr ng,ăchi tăsu tăc aăm tămôiătr ngăđ cătínhătheoăcôngăth că

n  .ăN uăch ăd aăvàoăcôngăth cănày,ăgiáătr ăc aăchi tăsu tăd ngănh ăv nălàă

d ngăkhiă < 0 và < 0.ăM cădùăv y,ătaăph iăr tăth nătr ng trong vi căxácăđ nhăd uăkhiăth căhi năc n b căhai.ă ăxácăđ nhăchínhăxácăd uăc aăn,ătaăc năph iăd aăvàoăýăngh aăv tălýăc aăv tăli u.ăCácăv tăli uăth ngăth ăhi nătínhăch tăth ăđ ng,ăcóăngh aălàăsóngăđi năt ătruy nătrongăv tăli uăcóăxuăh ngăt tăd nătheoăhàmăm ănênăcácăđ iă

l ngă , và n đ uăđ căbi uădi năb iăcácăhàmăph c.ăNh ăquanăsátătrênăgi năđ ăt oă raăchi tăsu tăâmătrongăhìnhă1.16,ăcácăgiáătr ă , và n đ uăn mătrongăgócăph năt ăth ă

haiăc aăgi năđ ăHayănóiăcáchăkhác,ăph năth căc aăchi tăsu tăth căs ăâm (chi tăsu tă

âm kép) khiăđ ăt ăth măvàăđi năth măđ ngăth iăcóăgiáătr ăâm

Hình 1.16 Ải n đ gi i thích ph n th c âm c a chi t su t Các m i tên cho th y v

trí c a đ đi n th m và đ t th m trong m t ph ng ph c

Bâyăgi ,ăcácăcâuăh iăđ tăraălàăxácăđ nhăđi uăki năt ngăquátăđ ăđ tăđ căchi tă

su tăâmălàăgì? ătr ăl iăcâuăh iăđó,ăchúngătaăs ăxétăc ăth ăd uăc aăchi tăsu tăthôngăquaăvi căbi uădi năcácăgiá tr ăđ ăđi năth mă( ), đ ăt ăth mă( )ăvàăchi tăsu tă(n)ăd iă

ăđây  , ' ', n‟ làăph năth căvàă , " ", n” làăph nă oăl năl tăc aăđ ăđi nă

th m,ăđ ăt ăth măvàăchi tăsu t,ă M, E làăphaăc aăt ătr ngăvàăđi nătr ngăt ngăng,ăchúngăth aămãnăđi uăki n 0 M, E  đ ăt năhaoălàăd ng.ăDoăđó:

' ' '' '' ( ' '' '' ')n

' ' '' '' ( ' '' '' ')n

i uăki năđ iăs ăt ngăquátăđ ăđ tăđ căchi tăsu tăâmă(n‟ < 0) trong môiătr ngă

ph năth că ‟ và ‟ đ uăcóăgiáătr ăâmăcònăcácăgiáătr ăph nă oă( ”, ”)ăluônălàăd ng.ăVùngăchi tăsu tăâmăđ năđ tăđ căkhiăch ăcóăm tătrongăhaiăgiáătr ăâmăc aă ‟ ho că , ‟

cácăgiáătr ăph nă oă( ”, ”)ătrongătr ngăh pănàyăc năcóăgiáătr ăd ngăr tăl năđ ăth aămãnăđi uăki nă(1.46).ăTuyănhiên,ătrongăvùngăchi tăsu tăâmăđ n,ăchi tăsu tăâmăcóăth ă

đ tăđ cănh ngăcácăgiáătr ăl năc aă ” và ” d năt iăm t t năhaoăđángăk ăDoăđó,ăcácă

v tăli uăchi tăsu tăâmăđ nălàăkhôngăkh ăthiătrongăcácă ngăd ngăliênăquanăđ năs ătruy năqua

ăđánhăgiáăhi uăqu ăc aăm tălo iăv tăli uăchi tăsu tăâm,ăng iătaăs ăd ngăh ă

s ăph măch tă(figureăofămerită – FOM).ăH ăs ăFOM đ căđ nhăngh aălàăt ăs ăc aă

ph năth căvàăph nă oăc aăchi tăsu t

'

" " "

nFOM

Th tăv y,ăs ăd ngăcôngăth c = | |exp(i E) và = | |exp(iM) thì FOM và

n”đ căbi uădi nănh ăsau:

DN SN

n n nênăh ăs ăFOMă c aăv tăli uăchi tăsu tăâmăképăl năh năc aăv tăli uăchi tăsu tăâmăđ n

1.3 Mô hình lai hóa trong v t li u Meta

M tătrongăcácăk tăqu ănghiênăc uăchínhăc aăđ ătài là s ăd ngămôăhìnhălaiăhóaăđ ăm ăr ngăd iăt năho tăđ ngăc aăv tăli uăcóăđ ăt ăth măâmăvàăv tăli uăchi tă

su tăâm,ăchínhăvìăv yăti pătheoăđ ătài s ătrìnhăbàyălýăthuy tăt ngăquanăvà m tăs ăk tă

qu ăđãănghiênăc uăs ăd ngămôăhìnhănày

Hình 1.17 miêuăt ăhaiăh ngăti păc nătrongănghiênăc uăv tăli uăMeta.ăBan

đ u,ăv tăli uăMeta có ýăt ngăthi tăk ăv ăc ăb năkhá đ năgi n.ă óălàăt oăraăm tămôiă

tr ngăđ ngănh tăd aătrênălýăthuy tă môiătr ngă hi uăd ng,ătrongă đóăcácăôăc ăs ă

th ngăcóăkíchăth cănh ăh năr tănhi uăb căsóngăho tăđ ng.ăTrongăcáchăti păc nănày,ăs ăt ngătácăgi aăcácăôăc ăs ălânăc nănhauăth ngăđ căcoiălàăkhôngăđángăk ăvàăc ăh ăđ cămiêuăt ăthôngăquaăhi uă ng trung bình.ăTuyănhiên,ăs ăt ngătácănày luônăt năt iăkhiăcácăôăc ăs ăđ c s păx p đ ăt oănên v tăli uăMeta.ă căbi tălàăkhiăchúng r tăg nănhau,ăhi uă ngăk tăc pă(coupling)ăkhôngăph iălàăkhôngăđángăk ămàăcóă

m tătácăđ ngăr tăl nălênătínhăch tăc aăv tăli uăMeta Trongănh ngătr ngăh pănh ă

v y,ăcácămôăhìnhăkhôngăk tăc pă(uncoupling)ăkhôngăcònăgiáătr ,ăvàăcácăthu cătínhă

hi uăd ngăc a v tăli u Meta khôngăth ăđ căcoiălàăk tăqu ăc aăhi uă ngătrungăbìnhă

c aăm tăph năt duyănh t.ăNhi uăcâuăh iăm iăn yăsinh:ăLàmăth ănàoăđ ăchúngătaămôăhìnhă hóaă s ă k tă c pă trongă v tă li uă Meta? Nh ng hi nă t ngă m iă gìă s ă đ că gi iăthi uăb iăhi uă ngăk tăc pănày?ăChúngătaăcóăth ătìmăth yăcácă ngăd ngăthúăv ăm iănàoătrongăcácăh ăth ngăk tăc p?

Nghiênăc uăv tăli uăMetaăbaoăg măcácăy uăt ăc ngăh ngăt ngătácăm nh

v iănhauăđãăphátătri năthànhăm tăh ngănghiênăc u quanătr ng Hi uă ngămiêuăt ăs ă

t ngătácăgi aăcácăc ngăh ngătrongăv tăli uăMetaălàmăcác modeăc ngăh ngăc ă

b năb ăsuyăbi năvàătáchăthànhăcácămodeăc ngăh ngăm iăđ căg iălàăhi uă ngălai hóa (hybridization) ãăcóăr tănhi uăcôngătrìnhăcôngăb ăv ăch ăđ ăc ngăh ngănhi uămode đ cătáchăraădo k tăqu ăc aăhi uă ng lai hóa [9], [73], [87], [110].ăR tănhi uă

hi năt ngăm iăl ăvàăcácătínhăch tăkhácănhauăđãăđ căkhámăphá,ăd năđ nătri năv ng ngăd ngăthúăv ăm iăđãăđ cătìmăth yămàăkhôngăt năt iătrongăv tăli uăMetaăđ ngă

nh t.ă

Hình 1.17 ảai h ng ti p c n trong nghiên c u v t li u εeta [73]

N mă2003,ăHalasăvàăcácăđ ngănghi pă[96]đãăgi iăthi uăm tămôăhìnhălaiăhóaă

đ ămôăt ăph nă ngăplasmonăc aăc uătrúcănanoăph căh p (hình 1.17).ă âyăcóăth ăcoiă

nh ăcôngătrìnhăđ uătiênănghiênăc uăv ămôăhìnhălaiăhóaăd aă vàoălýăthuy tăorbitalăphânăt ăMôăhìnhănày đãăch ngăminhăr ngăch ăđ ăc ngăh ngăc aăm tăh ăth ngăkim

lo iăkíchăth cănanôăph c h p cóăth ăđ căhi uănh ălàăs ăt ngătácăho călaiăhóaă

c aăcácăy uăt ăc ăb n v iănhau Trongăk tăqu ănghiênăc uănàyăchoăth yăcácăt năs ă

c ngăh ngăPlasmonăm iăc aăh ăph căh păđ căt oăraă(| ->,ă| +>, ,CS , ,CS )

t ă s ă suyă bi nă d nă đ nă táchă cácă m că n ngă l ngă c ngă h ngă Plasmonă c ă b nă (

c uătrúcăvòng c ngăh ngăcóărãnhătruy năth ngăSRR [66], [71], [74,], ba thanh rods) [12], [124] và các h tănanoăk pă(nanosandwiches) trongăcácătinhăth ăquangăt khuy tăt t.ăTrongăm cănày,ăs ăđiăsâuătìmăhi u môăhìnhălaiăhóaăchoăc uătrúcăCWP,ă

(tri-c uătrú(tri-că(tri-ch ăy uăs ăd ngă(tri-choă(tri-cá(tri-căk tăqu ănghiênă(tri-c uă(tri-c aăđ ătài