Vật liệu biến hóa trên cơ sở tinh thể quang tử.
Đề tài được thực hiện dựa vào phương pháp luận khoa học, kết hợp giữa lý thuyết, mô hình hóa và thực nghiệm. Quá trình tương tác của vật liệu biến hóa với sóng điện từ được biểu diễn dưới dạng phương trình Maxwell (mô tả trường điện từ cũng như những tương tác của chúng đối với vật chất). Đồng thời tính chất cộng hưởng của vật liệu biến hóa được mô hình hóa bằng phương pháp mạch điện LC (gồm một cuộn cảm (L) và một tụ điện (C) kết hợp với nhau) tương đương. Hai phương pháp này có thể giải thích và tiên đoán sự thay đổi của các tính chất của vật liệu biến hóa một cách định tính. Phần mềm mô phỏng thương mại CST (Computer Science Technology - công nghệ khoa học máy tính) được sử dụng để kiểm tra ảnh hưởng của các thông đầu vào với độ chính xác cao. Các số liệu tối ưu về các tham số cấu trúc sẽ được dùng để chế tạo mẫu.
Đề tài hướng đến các mục tiêu sau: xây dựng cơ sở vật lý để nghiên cứu vật liệu biến hóa trên cơ sở tinh thể quang tử opal hoạt động ở vùng tần số GHz, THz đến vùng ánh sáng nhìn thấy; nghiên cứu đặc tính điện từ của cấu trúc vật liệu; thiết kế và chế tạo vật liệu biến hóa kết hợp với tinh thể quang tử hoạt động ở vùng tần số GHz, THz đến vùng ánh sáng nhìn thấy.
Sau thời gian nghiên cứu, đề tài đã thu được các kết quả sau:
Đã đề xuất, chế tạo thành công và nghiên cứu tính chất của vật liệu biến hóa trên cơ sở tinh thể quang tử opal hoạt động trong vùng ánh sáng nhìn thấy. Tính chất hấp thụ của vật liệu biến hóa có thể điều khiển được bằng kích thước hạt cầu SiO2. Tùy chỉnh dải hấp thụ bằng góc chiếu sáng. Tinh thể quang tử SiO2 opal được chế tạo bằng phương pháp tự sắp xếp, sau đó sử dụng để chế tạo cấu trúc đĩa vàng sắp xếp tuần hoàn. Ảnh hiển vi điện từ quét cho thấy mẫu chế tạo có độ đồng nhất cao. Phổ phản xạ của cấu trúc đĩa kim loại - tinh thể quang tử thể hiện sự dập tắt cường độ phản xạ tại bước sóng trong vùng cấm quang của tinh thể quang tử. Cấu trúc này rất hiệu quả cho các ứng dụng tăng cường hấp thụ với độ chọn lọc cao.
Lần đầu tiên đề xuất, tối ưu và chế tạo thành công vật liệu biến hóa hấp thụ dải rộng vùng tần số 8-28 GHz, không phụ thuộc phân cực sóng điện từ và góc tới rộng bằng cấu trúc nhẫn tròn polymer độ dẫn thấp. Kết quả nghiên cứu mở ra hướng nghiên cứu mới về vật liệu biến hóa trên cơ sở vật liệu polymer, đặc biệt là vật liệu biến hóa dạng mềm dẻo và ứng dụng trong thực tế.
Đã đề xuất và thiết kế mô phỏng vật liệu biến hóa hấp thụ sóng điện từ dải rộng cấu trúc đĩa tròn polymer độ dẫn thấp trên cơ sở hiệu ứng tương tác trường gần. Nghiên cứu tương tác vật lý nhằm tối ưu cấu trúc vật liệu biến hóa, đề xuất phương pháp chế tạo mẫu cấu trúc đơn giản, dễ thực hiện.
Đề xuất, chế tạo và khảo sát tính chất điện từ của vật liệu biến hóa hấp thụ sóng điện từ đa đỉnh, đẳng hướng bằng cách phá vỡ tính chất đối xứng cấu trúc cộng hưởng đồng trục.
Xây dựng mô hình vật lý, phân tích và lý giải được tính chất của vật liệu biến hóa dựa trên lý thuyết hiệu dụng và phương pháp mạch điện tương đương.
Toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 17092/2020) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.