Thông tin Đề tài

Tên đề tài Nghiên cứu điều khiển tính chất vật lý của siêu vật liệu metamaterials sử dụng màng hai chiều graphene
Mã số đề tài KHCBVL.01/18-19
Cơ quan chủ trì (Cơ quan thực hiện) Viện Khoa học Vật liệu
Thuộc Danh mục đề tài Đề tài độc lập cấp Viện Hàn lâm KHCNVN
Họ và tên Nguyễn Thanh Tùng
Chức danh, học hàm, học vị chủ nhiệm TS
Thời gian thực hiện 01/01/2018 - 31/12/2019
Tổng kinh phí 600 triệu đồng
Xếp loại Xuất sắc
Mục tiêu đề tài

- Đề tài tập trung làm rõ tính chất vật lý của siêu vật liệu sử dụng graphene hoạt động ở vùng tần số THz thông qua phương pháp mô hình hóa và mô phỏng vật lý, các ảnh hưởng của cấu trúc, thành phần graphene-điện môi lên các tính chất vật lý của siêu vật liệu sẽ được làm rõ.
- Các kết quả thu được sẽ được phân tích, đưa ra quy luật để từ đó thiết kế cấu trúc siêu vật liệu tích hợp graphene có tính năng vượt trội so với siêu vật liệu thông thường.
- Kết quả thu được sẽ là tiền đề cho đề tài nghiên cứu thực nghiệm tiếp theo sau khi đề tài này kết thúc

Kết quả chính của đề tài

- Đã đề xuất được mô hình vật lý giải quyết bài toán sóng điện từ tương tác với siêu vật liệu metamaterials hoạt động ở vùng tần số THz thông qua mô hình mạch điện từ LC. Mỗi một cấu trúc siêu vật liệu khi cộng hưởng với sóng tới có thể xem tương đương như một mạch cộng hưởng lý tưởng LC. Cấu trúc hình học của siêu vật liệu quyết định giá trị L và C tương ứng. Tính toán L và C cho một số cấu trúc cơ bản đã được thực hiện. Từ các giá trị L và C thu được ta có thể xác định được tần số cộng hưởng của siêu vật liệu và so sánh với kết quả mô phỏng để làm rõ bản chất vật lý của cộng hưởng (là cộng hưởng điện hay từ, cộng hưởng theo phương nào, theo mặt nào …) trong siêu vật liệu.
- Đã làm rõ được ảnh hưởng của graphene tới đặc trưng điện từ của siêu vật liệu metamaterials ở vùng tần số THz. Graphene có tác dụng như một lớp vật liệu hai chiều thay đổi được độ dẫn và không cản sáng. Khả năng thay đổi được độ dẫn thông qua điện trường ngoài giúp graphene có thể thay đổi tính kim loại từ yếu sang mạnh (tương ứng với sự dịch chuyển của tần số plasma của graphene), làm thay đổi tính chất của mạch cộng hưởng LC trong siêu vật liệu.
- Đã khảo sát ảnh hưởng của điện trường lên đặc trưng điện từ của siêu vật liệu metamaterials-graphene. Khi điện trường thay đổi từ 0-450V, thế hóa học của graphene thay đổi từ 0-0.6eV, và tần số plasma của graphene tăng từ 1.0-3.5 THz. Sự dịch chuyển tần số plasma làm cho tính chất điện của toàn bộ vật liệu tích hợp graphene-metamaterials thay đổi. Đã tính toán được hóa năng tối đa có thể áp dụng vào graphene cho mỗi lớp điện môi có độ dày khác nhau (ví dụ 500 nm SiO2 là 0.5 eV, tương đương với hiệu điện thế 450V).
- Đã đề xuất thiết kế siêu vật liệu metamaterials lai graphene có khả năng điều khiển bằng điện trường. Thiết kế mới này có nhiều ưu điểm vượt trội như: có khả năng hấp thụ song điện từ theo hai chiều, có khả năng hấp thụ song điện từ chọn lọc ở tần số nhất định và cho song điện từ truyền qua ở vùng tần số còn lại. Khi điện trường thay đổi, thế hóa học, độ dẫn và hằng số điện môi của graphene thay đổi, làm cho tần số chồng chập điện từ của siêu vật liệu graphene bị tách ra, dẫn tới việc đỉnh cộng hưởng siêu vật liệu giảm xuống. Giá trị cường độ hấp thụ của siêu vật liệu tích hợp graphene có thể thay đổi từ 40% đến 90%.
+ Công bố: 02 bài báo ISI, 03 bài báo trên tạp chí quốc gia, 04 báo cáo khoa học tại Hội nghị Khoa học trong nước và quốc tế.

Sản phẩm lưu trữ
- 01 bản thiết kế siêu vật liệu lai graphene-metamaterials
- Công bố: 02 bài báo ISI, 03 bài báo trên tạp chí quốc gia, 04 báo cáo tại Hội nghị trong nước và quốc tế.
+ Controlling the absorption strength in bidirectional terahertz metamaterial absorbers with patterned graphene, T. V. Huynh, B. X. Khuyen, B. S. Tung, S. T. Ngo, V. D. Lam, and N. T. Tung, Computational Materials Science 166, 276 (2019).
+ Electrically tunable graphene-based metamaterials: A brief review, T. V. Huynh, B. X. Khuyen, B. S. Tung, N. T. Tung, and V. D. Lam, Modern Physics Letters B 33, 1950404 (2019).
+ Microwave metamaterials-based superlens for energy harvesting applications, K. V. Thang, N. T. Tung, and E. Janssens, Tạp chí Khoa học và Công nghệ Việt Nam 56, 698 (2018).
+ Optimizing the dielectric thickness in metamaterial absorbers, N. T. Tung, Tạp chí Nghiên cứu Khoa học và Công nghệ Quân sự 54A, 55 (2018).
+ Nghiên cứu ảnh hưởng của các tham số cấu trúc tới cộng hưởng điện từ của vật liệu metamaterials THz không phân cực, T. V. Huynh, N. T. Tung, V. D. Lam, Tạp chí Nghiên cứu Khoa học và Công nghệ Quân sự 57, 163 (2018).
- Đào tạo: hỗ trợ 01 Tiến sĩ (chưa bảo vệ) và 01 kỹ sư về lĩnh vực của đề tài
Sản phẩm đề tài
- 01 bản thiết kế siêu vật liệu lai graphene-metamaterials
- Công bố: 02 bài báo ISI, 03 bài báo trên tạp chí quốc gia, 04 báo cáo tại Hội nghị trong nước và quốc tế.
+ Controlling the absorption strength in bidirectional terahertz metamaterial absorbers with patterned graphene, T. V. Huynh, B. X. Khuyen, B. S. Tung, S. T. Ngo, V. D. Lam, and N. T. Tung, Computational Materials Science 166, 276 (2019).
+ Electrically tunable graphene-based metamaterials: A brief review, T. V. Huynh, B. X. Khuyen, B. S. Tung, N. T. Tung, and V. D. Lam, Modern Physics Letters B 33, 1950404 (2019).
+ Microwave metamaterials-based superlens for energy harvesting applications, K. V. Thang, N. T. Tung, and E. Janssens, Tạp chí Khoa học và Công nghệ Việt Nam 56, 698 (2018).
+ Optimizing the dielectric thickness in metamaterial absorbers, N. T. Tung, Tạp chí Nghiên cứu Khoa học và Công nghệ Quân sự 54A, 55 (2018).
+ Nghiên cứu ảnh hưởng của các tham số cấu trúc tới cộng hưởng điện từ của vật liệu metamaterials THz không phân cực, T. V. Huynh, N. T. Tung, V. D. Lam, Tạp chí Nghiên cứu Khoa học và Công nghệ Quân sự 57, 163 (2018).
- Đào tạo: hỗ trợ 01 Tiến sĩ (chưa bảo vệ) và 01 kỹ sư về lĩnh vực của đề tài
Ảnh nổi bật đề tài
1591759884967-anh 1.png