BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
ĐỖ THÀNH VIỆT
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO
VÀ TÍNH CHẤT HẤP THỤ TUYỆT ĐỐI SÓNG VI BA
CỦA VẬT LIỆU META (METAMATERIALS)
Chuyên ngành: Vật liệu điện tử
số: 62440123
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU
Nội 2015
Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại họcch khoa Nội
Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Nguyễn Văn Hiếu
PGS. TS. Đình Lãm
Phản biện 1: PGS. TS. Phạm Văn Hội
Phản biện 2: TS. Đ Trung Kiên
Phản biện 3: PGS. TS. Đào Ngọc Chiến
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến cấp Trường
họp tại Trường Đại học Bách khoa Nội
Vào hồi 09 giờ, ngày 10 tháng 02 năm 2015
thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
1. Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Nội
2. Thư viện Quốc gia Việt Nam
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
CỦA LUẬN ÁN
Tạp chí trong nước
[1] Tung, NT, Viet, DT, Tuong, PV, Lam, VD, Binh, NT and Hoai, PV (2010) Perspective of
invisibility using metamaterials. Tp Chí Nghiên Cu KH & CN Quân S, 10, 65.
[2] Đỗ Thành Vit, Nguyễn Thanh Tùng, i Sơn Tùng, Văn Qunh, Nguyn Th Hin, Lê Th
Qunh et al. (2011) Thiết kế chế to vt liu hp th hoàn hảo sóng viba trên sở
metamaterial. K Yếu Hi Ngh Toàn Quc Ln Th 7 v Vt Lý Cht Rn và Khoa Hc Vt Liu,
TP H Chí Minh.
[3] Nguyen Thanh Tung, Do Thanh Viet, Le Thi Quynh, and Vu Dinh Lam (2012) Meta-magnetic cut-
wire-pair structures: A numerical study on the dielectric loss. Tp Chí Nghiên Cu Khoa Hc
Công Ngh Quân S, 18.
[4] Lam V D, Hien N T, Tuan N T, Viet D T, Tung N T, Lee Y P (2012) A broadband and nearly
polarization-insensitive metamaterial absorber using multi-ring structure. IWAMSN 2012,
Halong, Vietnam.
[5] Nguyen Thi Hien, Bui Son Tung, Bui Xuan Khuyen, Nguyen Van Dung, Do Thanh Viet, Lee
Young Pak et al. (2013) Horizontally plasmon hybridization on symmetric-breaking metamaterials.
Tp Chí Khoa Hc và Công Ngh, 51, 3717.
[6] Do, TV, Nguyen Thi Hien, Nguyen Thanh Tung, Nguyen Van Hieu and Vu Dinh Lam (2013)
Nghiên cu vt liu hp th hoàn hảo sóng vi ba trên sở cu trúc gi vt liu. Tp chí nghiên
cu KH & CN Quân s, Đặc san Vt lí k thut.
Tạp chí nước ngoài
[7] Thuy, VTT, Viet, DT, Hieu, NV, Lee, YP, Lam, VD and Tung, NT (2010) Triple negative
permeability band in plasmon-hybridized cut-wire-pair metamaterials. Optics Communications,
283, 43036. http://dx.doi.org/10.1016/j.optcom.2010.06.050
[8] Vu, DL, Pham, VT, Do, TV, Nguyen, TT, Vu, TTT, Le, VH et al. (2010) The electromagnetic
response of different metamaterial structures. Advances in Natural Sciences: Nanoscience and
Nanotechnology, 1, 045016. http://dx.doi.org/10.1088/2043-6262/1/4/045016
[9] Viet, DT, Tung, NT, Hien, NT, Lee, YP, Tung, BS and Lam, VD (2012) Multi-plasmon resonances
supporting the negative refractive index in “single-atom” metamaterials. Journal of Nonlinear
Optical Physics & Materials, 21, 1250019. http://dx.doi.org/10.1142/S0218863512500191
[10] Tung, NT, Viet, DT, Tung, BS, Hieu, NV, Lievens, P and Lam, VD (2012) Broadband Negative
Permeability by Hybridized Cut-Wire Pair Metamaterials. Applied Physics Express, 5, 112001.
http://dx.doi.org/10.1063/1.4893719
[11] Do, TV, Bui, ST, Le, VQ, Nguyen, TH, Nguyen, TT, Nguyen, TT et al. (2012) Design, fabrication
and characterization of a perfect absorber using simple cut-wire metamaterials. Advances in
Natural Sciences: Nanoscience and Nanotechnology, 3, 045014. http://dx.doi.org/10.1088/2043-
6262/3/4/045014
[12] Viet, DT, Hien, NT, Tuong, PV, Minh, NQ, Trang, PT, Le, LN et al. (2014) Perfect absorber
metamaterials: Peak, multi-peak and broadband absorption. Optics Communications, 322, 20913.
http://dx.doi.org/10.1016/j.optcom.2014.02.037
[13] Viet, DT, Van Hieu, N, Lam, VD and Tung, NT. (2015) Isotropic metamaterial absorber using
cut-wire-pair structures. Applied Physics Express, 8, 032001.
http://dx.doi.org/10.7567/APEX.8.032001
1
A. GIỚI THIỆU LUẬN ÁN
1. Tính cấp thiết của đề tài
Để phát triển, hội nhập khoa học công nghệ với thế giới,
trong điều kiện hiện tại, Việt Nam cần tìm cho mình những
ngành nghiên cứu mũi nhọn. Trong mỗi ngành nghiên cứu cụ
thể như Khoa học Vật liệu, cũng lại cần xác định các hướng
nghiên cứu triển vọng, phù hợp với trình độ và điều kiện
nghiên cứu trong nước, chiến lược này đóng vai trò then chốt
nhằm giúp chúng ta thể đạt hiệu quả tối đa trong nghiên
cứu, phát triển khoa học công nghệ.
Vật liệu Meta (Metamaterials) một hướng nghiên cứu
mới chỉ phát triển mạnh từ đầu thế kỷ 21. Tuy nhiên, với các
kết quả kỳ thú tiềm năng sớm được công bố như vật liệu
chiết suất âm, tàng hình sóng điện từ, siêu thấu kính, hấp thụ
tuyệt đối... vật liệu Meta đã đang tiếp tục được tập trung
nghiên cứu sâu rộng.
Thêm vào đó, điều kiện nghiên cứu cần thiết của vật liệu
Meta tùy thuộc vào vùng tần số hoạt động, chính vậy
những nước có điều kiện nghiên cứu chưa phát triển vẫn có thể
triển khai nghiên cứu loại vật liệu này, trong những vùng tần số
hoạt động phù hợp.
Nhánh nghiên cứu Vật hiệu Meta hấp thụ tuyệt đối sóng điện
từ thu hút được nhiều sự quan tâm, đặc biệt cho mục đích
quân sự. Với khả năng hấp thụ gần như toàn bộ sóng điện từ tới
ở một, vài tần số, vùng tần số định trước, vật liệu Meta hấp thụ
tuyệt đối sóng điện từ có triển vọng ứng dụng trong chế tạo cảm
biến, biến đổi năng lượng, đặc biệt trong quân sự các ứng
2
dụng ngụy trang, Radar... Cho đến nay, nghiên cứu vật liệu
Meta hướng nghiên cứu hoàn toàn mới nhưng rất triển vọng
phù hợp với điều kiện nghiên cứu của Việt Nam.
2. Mục tu nghn cứu, ý nghĩa khoa học thực tiễn
* Mục tiêu nghiên cứu của luận án là:
i) Đưa ra đượcphương pháp nghiên cứu công ngh chế
to vt liu Meta hp th tuyệt đối sóng vi ba.
ii) Nghiên cu tối ưu hóa cấu trúc vt liu Meta hp th
tuyệt đối sóng viba.
iii) Nghiên cu nâng cao hiu sut hp th ca vt liu Meta
vùng sóng viba bng cách m rng di tn hp th.
* Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:
Ý nghĩa khoa học của đề tài là đưa ra những cơ sở vật lý và
chế hoạt động của vật liệu Meta. Trình bày các phương
pháp nghiên cứu quy trình công nghệ chế tạo mẫu vật liệu
Meta hoạt động ở vùng tần số GHz.
Ý nghĩa thực tiễn của đề tài đã minh chứng được tiềm
năng ứng dụng to lớn của vật liệu Meta hấp thụ tuyệt đối trong
nghiên cứu, ngụy trang sóng điện từ. Ngoài ra, các kết quả
nghiên cứu này còn sở để thu hút thêm sự tham gia của
các nhà khoa học cho việc nghiên cứu, ứng dụng vật liệu Meta
phát triển cảm biến, chuyển đổi năng lượng, radar... phục vụ
quốc phòng và dân sinh.
3. Những đóng góp mới của luận án
(i) Đưa ra được quy trình chế tạo vật liệu Meta hoạt động
vùng tần số GHz trên sở công nghệ quang khắc. Quy trình
3
này có độ ổn định và cho ra các mẫu có chất lượng tốt.
(ii) Đã chế tạo được các mẫu vật liệu Meta có cấu trúc khác
nhau. Ln đầu tiên, vật liệu Meta hấp thụ tuyệt đối sóng viba
được chế tạo thành công ở Việt Nam. Kết quả đo đạc cho thấy
đạt được hấp thụ gần như hoàn toàn tại tần số xác định.
(iii) Đã đưa ra được các cấu trúc nhằm nâng cao hiệu suất
hoạt động của vật liệu Meta hấp thụ tuyệt đối sóng viba. Buồng
hấp thụ cấu trúc 3D lần đầu tiên được thiết kế, chế tạo tại
Việt Nam trên sở các mẫu vật liệu Meta hấp thụ tuyệt đối
sóng viba đã nghiên cứu.
4. Bố cục của luận án
Luận án gồm 104 trang được chia thành các phần như sau:
Mở đầu 3 trang; Chương 1. Tổng quan 23 trang; Chương 2.
Phương pháp nghiên cứu công nghệ chế tạo gồm 22 trang;
Chương 3.Nghiên cứu chế tạo và tối ưu hóa cấu trúc MPA gồm
27 trang 4.MPA hấp thụ dải rộng gồm 12 trang. Kết luận
kiến ngh1 trang. Ngoài ra, luận án 01 bảng; 69 nh vẽ
đồ thị; 90 i liệu tham khảophần phụ lục.
B. NỘI DUNG CHÍNH CỦA LUẬN ÁN
MỞ ĐẦU
Cấu trúc vật liệu Meta được xem một loại vật chất nhân
tạo, tính chất của phụ thuộc cấu trúc nhiều hơn thành phần
cấu tạo. Cấu trúc vật liệu Meta rất nhiều ứng dụng kỳ diệu
đã được các nhà khoa học nghiên cứu bằng thuyết chứng
minh bằng thực nghiệm như siêu thấu kính, áo khoác tàng
hình, bộ lọc tần số antennas, cảm biến sinh học... Vật liệu hấp
thụ tuyệt đối một trong nhiều loại vật liệu nhân tạo được
4
nghiên cứu chế tạo trên cơ sở cấu trúc vật liệu Meta, các
nghiên cứu hấp thụ sóng điện từ thuộc dải vi ba thuận lợi
điều kiện thực nghiệm đơn giản. Từ khi Landy đưa ra cấu trúc
hấp thụ sóng vi ba đầu tiên năm 2008, nhiều cấu trúc hấp thụ
khác đã được các nhóm nghiên cứu trên thế giới công bố. Tất
cả các cấu trúc hấp thụ đều hiệu suất hấp thụ cao được
giải thích về cơ chế hấp thụ.
Tuy nhiên, các cấu trúc hấp thụ đã công bố thường rất phức
tạp, nhiều tham số hình học, thế rất khó tùy biến để đạt
được một đặc tính hấp thụ mong muốn.
Trong luận án này, chúng tôi lần đầu tiên nghiên cứu chế
tạo thành công vật liệu Meta ở Việt Nam. Kết quả mới của luận
án đưa ra các cấu trúc đơn giản, dễ chế tạo, đo đạc, ít tham
số hình học, vậy, dễ tùy biến vẫn đảm bảo được tính
hấp thụ hoàn hảo sóng điện từ thuộc dải sóng vi ba.
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu chung về vật liệu Meta
Vật liệu Meta là một loại vật chất nhân tạo, mà tính chất của
phụ thuộc cấu trúc nhiều hơn thành phần cấu tạo. Tên
tiếng Anh metamaterial thường được sử dụng cho một vật liệu
tính chất khác thường. Thuật ngữ đã được đặt ra vào năm
1999 do Rodger M. Walser của Trường Đại học Texas tại
Austin. Ông đã xác định vật liệu Meta như vật liệu kết hợp
nhân tạo, 1, 2 hoặc ba chiều, cấu trúc tuần hoàn được thiết kế
để tạo ra những đặc tính vật lý không có sẵn trong tự nhiên.
Vật liệu Meta được chế tạo bằng cách sắp xếp những cấu
trúc vi mô, được gọi các "ngun tử", để thể tạo