Vật liệu biến hóa hấp thụ sóng điện từ trong vùng C được điều khiển bằng điện áp ngoài
211 lượt xemDOI:
https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.91.2023.63-72Từ khóa:
Vật liêu biến hóa hấp thụ sóng điện từ được điều khiển bằng điện áp ngoài; Điốt biến dung; Cộng hưởng từ.Tóm tắt
Vật liệu biến hóa hấp thụ sóng điện từ có thể điều khiển đặc tính đã thu hút được sự chú ý đáng kể nhờ vào khả năng chủ động điều khiển các tính chất hấp thụ mà không làm thay đổi cấu trúc hình học nội tại. Nghiên cứu này đề xuất một cách tiếp cận đơn giản để tạo ra các vật liệu biến hóa hấp thụ sóng điện từ có thể điều khiển được bằng điện áp ngoài thông qua việc tích hợp các điốt biến dung. Nội dung nghiên cứu được trình bày bao gồm hai loại vật liệu khác nhau: vật liêu biến hóa hấp thụ đơn tần và vật liệu biến hóa hấp thụ băng tần kép. Bằng cách sử dụng điện áp ngoài, tính chất hấp thụ của vật liệu có thể kiểm soát hiệu quả trong vùng tần số thuộc dải C. Nguyên lý hoạt động cơ bản của vật liệu biến hóa đã được làm rõ, ở đó, việc kiểm soát sự biến đổi giá trị các tham số hiệu dụng của điốt tích hợp đã giúp điều chỉnh tần số cộng hưởng từ của vật liệu biến hóa đề xuất. Kết quả nghiên cứu của chúng tôi có thể góp phần trong việc gia tăng hiệu suất, khả năng điều khiển linh hoạt và khả năng thích ứng của các thiết bị dựa trên vật liêu biến hóa được trang bị các chức năng nâng cao cho các ứng dụng đa dạng trong lĩnh vực viễn thông, che chắn điện từ và nhiều ứng dụng khác.
Tài liệu tham khảo
[1]. A. B. Devarapalli, T. Moyra, “Design of a metamaterial loaded W-shaped patch antenna with FSS for improved bandwidth and gain”, Silicon, 15, 2011-2024 (2023). DOI: https://doi.org/10.1007/s12633-022-02123-6
[2]. C. M. Saleh, E. Almajali, A. Jarndal, J. Yousaf, S. S. Alja’Afreh, R. E. Amaya, “Wideband 5G antenna gain enhancement using a compact single-layer millimeter wave metamaterial lens”, IEEE Access, 11, 14928-14942 (2023). DOI: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2023.3244401
[3]. W. J. Padilla, R. D. Averitt, “Imaging with metamaterials”, Nature Reviews Physics, 4, 85-100 (2022). DOI: https://doi.org/10.1038/s42254-021-00394-3
[4]. Y. Roh, S.-H. Lee, J. Kwak, H. S. Song, S. Shin, Y. K. Kim, J. W. Wu, B.-K. Ju, B. Kang, M. Seo, “Terahertz imaging with metamaterials for biological applications”, Sensors and Actuators B: Chemical, 352(1), 130993 (2022). DOI: https://doi.org/10.1016/j.snb.2021.130993
[5]. H. Lee, D.-H. Kwon, “Microwave metasurface cloaking for freestanding objects”, Physical Review Applied 17, 054012 (2022). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.17.054012
[6]. N. Wu, Y. Jia, C. Qian, H. Chen, “Pushing the limits of metasurface cloak using global inverse design”, Advanced Optical Materials 11(7), 2202130 (2023). DOI: https://doi.org/10.1002/adom.202202130
[7]. W. Shahzad, W. Hu, Q. Ali, H. Raza, S. M. Abbas, L. P. Ligthart, “A low-cost metamaterial sensor based on DS-CSRR for material characterization applications”, Sensors 22(5), 2000 (2022). DOI: https://doi.org/10.3390/s22052000
[8]. S. Shen, X. Liu, Y. Shen, J. Qu, E. Pickwell-MacPherson, X. Wei, Y. Sun, “Recent advances in the development of materials for terahertz metamaterial sensing”, Advanced Optical Materials 10(1), 2101008 (2022). DOI: https://doi.org/10.1002/adom.202101008
[9]. N. I. Landy, S. Sajuyigbe, J. J. Mock, D. R. Smith, W. J. Padilla, “Perfect metamaterial absorber”, Physical Review Letters 100, 207402 (2008). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.100.207402
[10]. Z. Huang, B. Wang, “Ultra-broadband metamaterial absorber for capturing solar energy from visible to near infrared”, Surfaces and Interfaces 33, 102244 (2022). DOI: https://doi.org/10.1016/j.surfin.2022.102244
[11]. P. D. Tan, D. T. Ha, B. S. Tung, B. X. Khuyen, D. T. Chi, V. D. Lam, L. Chen, H. Zheng, Y. P. Lee, “Recoverable broadband absorption based on ultra-flexible meta-surfaces”, Crystals 12, 1817 (2022). DOI: https://doi.org/10.3390/cryst12121817
[12]. M. Bennaoum, M. Berka, A. Bendaoudi, A. Y. Rouabhi, Z. Mahdjoub, “Investigation of a near-perfect quad-band polarization-insensitive metamaterial absorber based on dual-T circular shaped resonator array designed on a silicon substrate for C-, X- and Ku-bands applications”, Silicon 15, 699-712 (2023). DOI: https://doi.org/10.1007/s12633-022-02038-2
[13]. M. Zhong, “Measurement and verification of a multi-band terahertz metamaterial absorber based on multiple coupling effects”, Infrared Physics and Technology 128, 104506 (2023). DOI: https://doi.org/10.1016/j.infrared.2022.104506
[14]. R. M. H. Bilal, S. Zakir, M. A. Naveed, M. Zubair, M. Q. Mehmood, Y. Massoud, “Nanoengineered nickel-based ultrathin metamaterial absorber for the visible and short-infrared spectrum”, Optical Materials Express 13(1), 28-40 (2023). DOI: https://doi.org/10.1364/OME.476837
[15]. B. X. Khuyen, B. S. Tung, Y. J. Yoo, Y. J. Kim, K. W. Kim, L.-Y. Chen, V. D. Lam, Y. P. Lee, “Miniaturization for ultrathin metamaterial perfect absorber in the VHF band”, Scientific Reports 7, 45151 (2017). DOI: https://doi.org/10.1038/srep45151
[16]. G. Deng, Z. Yu, J. Yang, Z. Yin, Y. Li, B. Chi, “A miniaturized 3-D metamaterial absorber with wide angle stability”, IEEE Microwave and Wireless Components Letters 32(9), 1111-1114 (2022). DOI: https://doi.org/10.1109/LMWC.2022.3169599
[17]. X. Sun, Z. Qu, J. Yuan, Q. Wang, “Reconfigurable broadband polarisation conversion metasurface based on VO2”, Photonics and Nanostructures - Fundamentals and Applications 50, 101012 (2022). DOI: https://doi.org/10.1016/j.photonics.2022.101012
[18]. H. Feng, Z. Zhang, J. Wang, J. Zhang, D. Fang, C. Liu, G. Wang, Y. Gao, Y. Gao, “Individually frequency and amplitude tunable metamaterial absorber with sensing functions based on strontium titanate and graphene”, Diamond and Related Materials 130, 109455 (2022). DOI: https://doi.org/10.1016/j.diamond.2022.109455
[19]. L. V. Long, N. H. Tung, T. T. Giang, P. T. Son, N. T. Tung, B. S. Tung, B. X. Khuyen, V. D. Lam, “Rotary bi-layer ring-shaped metamaterials for reconfiguration absorbers”, Applied Optics 61(30), 9078-9084 (2022). DOI: https://doi.org/10.1364/AO.471949
[20]. R. Yang, F. Zhang, Z. Li, Q. Fu, Y. Fan, “Controllable electromagnetically induced transparency in an electrically tunable terahertz hybrid metasurface”, Optics & Laser Technology 163, 109380 (2023). DOI: https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2023.109380
[21]. X. Zhao, K. Fan, J. Zhang, H. R. Seren, G. D. Metcalfe, M. Wraback, R. D. Averitt, X. Zhang, “Optically tunable metamaterial perfect absorber on highly flexible substrate”, Sensors and Actuators A: Physical 31, 74-80 (2015). DOI: https://doi.org/10.1016/j.sna.2015.02.040
[22]. H. L. Wang, Y. K. Zhang, T. Y. Zhang, H. F. Ma, T. J. Cui, “Broadband and programmable amplitude-phase-joint-coding information metasurface”, ACS Applied Materials & Interfaces 14(25), 29431–29440 (2022). DOI: https://doi.org/10.1021/acsami.2c05907
[23]. L. Shao, W. Zhu, “Electrically reconfigurable microwave metasurfaces with active lumped elements: a mini review”, Frontiers in Materials 8, 689665 (2021). DOI: https://doi.org/10.3389/fmats.2021.689665
[24]. F. Yang, P. Pitchappa, N. Wang, “Terahertz Reconfigurable Intelligent Surfaces (RISs) for 6G Communication Links”, Micromachines 13(2), 285 (2022). DOI: https://doi.org/10.3390/mi13020285
[25]. CST Microwave Studio. Dassault Systèmes. http://www.cst.com.
[26]. J. Zhao, Q. Cheng, J. Chen, M. Q. Qi, W. X. Jiang, T. J. Cui, “A tunable metamaterial absorber using varactor diodes”, New Journal of Physics 15, 043049 (2013). DOI: https://doi.org/10.1088/1367-2630/15/4/043049
[27]. J. Zhou, E. N. Economou, T. Koschny, C. M. Soukoulis, “Unifying approach to lef-handed material design”, Optics Letters 31, 3620-3622 (2006). DOI: https://doi.org/10.1364/OL.31.003620
[28]. B. X. Khuyen, B. S. Tung, Y. J. Kim, J. S. Hwang, K. W. Kim, J. Y. Rhee, V. D. Lam, Y. H. Kim, Y. P. Lee, “Ultra-subwavelength thickness for dual/triple-band metamaterial absorber at very low frequency”, Scientific Reports 8, 11632 (2018). DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-018-29896-4
