Nghiên cứu vật liệu biến hóa có hiệu ứng truyền qua cảm ứng điện từ hoạt động ở vùng khả kiến

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

NGUYỄN THỊ VIỆT NINH

NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU BIẾN HÓA

CÓ HIỆU ỨNG TRUYỀN QUA CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ

HOẠT ĐỘNG Ở VÙNG KHẢ KIẾN

LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ

THÁI NGUYÊN - 2020

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

NGUYỄN THỊ VIỆT NINH

NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU BIẾN HÓA

CÓ HIỆU ỨNG TRUYỀN QUA CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ

HOẠT ĐỘNG Ở VÙNG KHẢ KIẾN

Chuyên ngành: Quang học

Mã số: 8 44 01 10

LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ

Người hướng dẫn khoa học: TS. Bùi Sơn Tùng

TS. Nguyễn Thị Hiền

THÁI NGUYÊN - 2020

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi, dưới sự hướng dẫn của

TS. Bùi Sơn Tùng và TS. Nguyễn Thị Hiền. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn

là trung thực và chưa được công bố trong các công trình khác.

HỌC VIÊN

NGUYỄN THỊ VIỆT NINH

ii

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất tới TS. Bùi Sơn

Tùng và TS Nguyễn Thị Hiền. Các thầy cô đã luôn tận tình hướng dẫn, định hướng

kịp thời và tạo điều kiện thuận lợi nhất để tôi hoàn thành luận văn này.

Tôi xin chân thành cảm ơn Viện Khoa học Vật liệu, Trường Đại học Khoa học

Thái nguyên đã tạo điều kiện thuận lợi về cơ sở vật chất và các thủ tục hành chính

trong suốt quá trình học tập nghiên cứu.

Tôi xin chân thành cảm ơn Trường THPT Lương Thế Vinh nơi tôi đang công

tác đã tạo điều kiện cho tôi về thời gian và công việc tại cơ quan trong suốt quá

trình học và thực hiện luận văn.

Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình, các cơ quan và cá nhân đã giúp đỡ, tạo

điều kiện tốt để tôi hoàn thành luận văn.

HỌC VIÊN

NGUYỄN THỊ VIỆT NINH

iii

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i

LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ ii

MỤC LỤC................................................................................................................. iii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT..............................................v

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ............................................................ vii

MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN....................................................................................3

1.1. Tổng quan về vật liệu biến hóa ............................................................................3

1.2. Ứng dụng của vật liệu biến hóa............................................................................6

1.2.1. Vật liệu hấp thụ .................................................................................................6

1.2.2. Cảm biến sinh học.............................................................................................7

1.2.3. Truyền dẫn năng lượng không dây ...................................................................8

1.2.4. Siêu thấu kính.................................................................................................10

1.3. Lý thuyết môi trường hiệu dụng ........................................................................12

1.4. Các tương tác điện từ của vật liệu biến hóa .......................................................14

1.4.1. Cấu trúc cộng hưởng điện ...............................................................................14

1.4.2. Cấu trúc cộng hưởng từ...................................................................................17

1.5. Vật liệu biến hóa có hiệu ứng truyền qua cảm ứng điện từ ...............................21

1.6. Một số kết quả nghiên cứu vật liệu biến hóa có hiệu ứng truyền qua cảm ứng

điện từ...............................................................................................................24

1.6.1. Tình hình nghiên cứu trong nước....................................................................24

1.6.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới.................................................................25

CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU................................................26

2.1. Phương pháp tính toán .......................................................................................26

2.2. Phương pháp mô phỏng .....................................................................................27

2.3. Xử lý và phân tích số liệu ..................................................................................31

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................................35

3.1. Cấu trúc vật liệu biến hóa có hiệu ứng truyền qua cảm ứng điện từ dựa trên

vật liệu kim loại................................................................................................35

iv

3.1.1. Thiết kế vật liệu biến hóa có hiệu ứng truyền qua cảm ứng điện từ sử dụng

cấu trúc kim loại hoạt động ở vùng quang học ................................................35

3.1.2. Nghiên cứu tính chất điện từ của vật liệu biến hóa có hiệu ứng truyền qua

cảm ứng điện từ sử dụng cấu trúc kim loại ở vùng khả kiến ...........................37

3.2. Cấu trúc vật liệu biến hóa có hiệu ứng truyền qua cảm ứng điện từ dựa trên

vật liệu điện môi ...............................................................................................40

3.2.1. Thiết kế vật liệu biến hóa có hiệu ứng truyền qua cảm ứng điện từ sử dụng

cấu trúc điện môi hoạt động ở vùng quang học ...............................................40

3.2.2. Nghiên cứu tính chất điện từ của vật liệu biến hóa có hiệu ứng truyền qua

cảm ứng điện từ sử dụng cấu trúc điện môi ở vùng khả kiến ..........................42

3.2.3. Nghiên cứu khả năng làm chậm ánh sáng và cảm biến của vật liệu biến hóa

có hiệu ứng truyền qua cảm ứng điện từ ở vùng khả kiến ...............................48

KẾT LUẬN..............................................................................................................52

ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO......................................................53

CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN..............................54

TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................55

v

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

1. Danh mục ký hiệu

ε : Độ điện thẩm

µ : Độ từ thẩm

eff 

: Độ điện thẩm hiệu dụng

eff

: Độ từ thẩm hiệu dụng

n : Chiết suất

eff n

: Chiết suất hiệu dụng

Z : Trở kháng

R : Độ phản xạ

T : Độ truyền qua

A : Độ hấp thụ

γ : Tần số dập tắt,

ωp : Tần số plasma

p  ( ) eff

: Tần số plasma hiệu dụng

σ : Độ dẫn của vật liệu

C : Điện dung

L : Độ tự cảm

Q : Điện tích

M : Độ hỗ cảm

E : Vector điện trường

H : Vector từ trường

k : Vector sóng

tanδ : Hệ số tổn hao của điện môi

2. Danh mục viết tắt

FOM : Hệ số phẩm chất

SRR : Vòng cộng hưởng có rãnh

ERR : Vòng cộng hưởng điện

CWP : Cặp dây bị cắt

CW : Thanh kim loại bị cắt

TE : Sóng phân cực với vector điện trường