Từ năm 2019 đến năm 2021, TS. Bùi Xuân Khuyến đã phối hợp với các nhà nghiên cứu tại Viện Khoa Học Vật Liệu thực hiện đề tài: “Tối ưu và chế tạo siêu vật liệu (Metamaterial) kích thước siêu nhỏ, hoạt động trong vùng tần số LTE/Bluetooth/WiMAX với góc tới rộng”.

Đề tài hướng đến thực hiện các mục tiêu sau: i) Áp dụng các mô hình lý thuyết khác nhau và công nghệ chế tạo hiện có để giảm kích thước của vật liệu Meta hoạt động đơn hoặc đa dải tần trong trong vùng tần số 0.7-6.0 GHz; ii) Tối ưu hóa sự hoạt động ổn định của các vật liệu Meta kích thước nhỏ dưới góc tới rộng của sóng điện từ; và iii) Mở rộng dải tần số hoạt động ổn định dưới góc tới lớn của sóng điện từ trong khi duy trì kích thước siêu nhỏ của vật liệu Meta.

Đề tài đã được triển khai thông qua sự kết hợp chặt chẽ giữa lý thuyết tính toán, mô phỏng và thực nghiệm. Đầu tiên, các cấu trúc đề xuất được tối ưu và mô phỏng đặc tính hấp thụ sóng điện từ dự trên phần mềm thương mại CST có bản quyền tại Viện Khoa học vật liệu. Sau khi so sánh kết quả mô phỏng và tính toán, các mẫu vật liệu Meta với cấu trúc hình vuông và các hình dạng đặc biệt để tạo ra cộng hưởng điện từ trong vùng tần số mong muốn, bao gồm ba lớp vật liệu: kim loại-điện môi-kim loại và polymer dẫn - điện môi - kim loại. Các cấu trúc được chế tạo theo phương pháp quang khắc (PCB). Các linh kiện ngoại vi (điện trở, tụ điện và cuộn cảm) được tích hợp với các cấu trúc Meta đã chế tạo bằng kỹ thuật hàn vi mạch điện tử. Các phép đo phản xạ/truyền qua trong vùng tần số nghiên cứu được tiến hành dựa trên hệ phân tích mạng Vector Network Analyzer hiện có tại cơ quan chủ trì và kiểm chứng đồng thời tại Hàn Quốc.

Đề tài đã thu được những kết quả nổi bật như sau:

- Đã nghiên cứu vai trò các loại vật liệu điện môi (kim loại) và các thiết bị điện tử ngoại vi ứng dụng trong tiểu hình hóa kích thước của các vật liệu Meta truyền thống và tìm ra quy trình công nghệ chế tạo phù hợp cho loại vật liệu này trong vùng tần số 0.7-6.0 GHz. - Đã làm rõ các cơ chế tạo ra vật liệu Meta kích thước siêu nhỏ hoạt động đơn hoặc đa dải tần dựa trên cộng hưởng từ cơ bản và cộng hưởng từ bậc cao.

- Đã khảo sát ảnh hưởng của các tham số cấu trúc và vật liệu lên tính chất của vật liệu Meta siêu nhỏ hoạt động đơn hoặc đa dải tần. Tính chất hấp thụ của Vật liệu meta phụ thuộc mạnh vào chiều dày lớp điện môi và hằng số điện môi của vật liệu đế. Cấu trúc kim loại, các linh kiện ngoại vi hoặc polymer dẫn quyết định đến độ rộng tương đối của phổ hấp thụ cũng như vùng tần số hoạt động của các cấu trúc Meta.

- Đã tối ưu sự hoạt động của vật liệu Meta siêu nhỏ hoạt động đơn hoặc đa dải tần dưới góc tới rộng của sóng điện từ (có thể đạt tới 30⁰ hoặc 50⁰). Đặc biệt, hiệu ứng hấp thụ dựa trên cộng hưởng bậc cao cũng đã được khám phá, đánh giá bằng mô phỏng và thực nghiệm ở các góc tới lớn của sóng điện từ.

- Đã nghiên cứu sự mở rộng vùng tần số hoạt động vật liệu Meta siêu nhỏ hoạt động ổn định dưới góc tới lớn (có thể đạt tới 30⁰ hoặc 50⁰). Đối với cấu trúc sử dụng vật liệu polymer dẫn điện, dải hấp thụ >90% có thể được duy trì ở góc tới nhỏ hơn 40⁰. Kích thước ô cơ sở và chiều dày siêu mỏng của mẫu chế tạo đạt giá trị 0.013λ và 0.0007λ tại 0.2 GHz.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 19650/2021) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

N.P.D (NASATI)