METAMATERIALS

GVHD: NGÔ THỊ PHƯƠNG

NHÓM THỰC HIỆN: 01

-Thạch Ắs Rinh- Phạm Thị Mỹ Nhân-Võ Thị Phấn-Nguyễn Thị Thanh Tuyền

NỘI DUNG

I. GIỚI THIỆU CHUNG

II. KHÁI NIỆM

III.ĐẶC ĐIỂM

IV. TÍNH CHẤT

V. ỨNG DỤNG

I. GIỚI THIỆU CHUNG

• Năm 2000, Smith và cộng sự lần đầu tiên chế tạo thành công vật liệu metamaterial có chiết suất âm, vật liệu mà đã được Veselago đề xuất vào năm 1968. • Đây là vật liệu có cấu trúc nhân tạo. • Vật liệu này hiện nay đang được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu một cách đặc biệt vì những tính chất vật lý kỳ diệu mà các vật liệu tồn tại trong tự nhiên không có được. • Ngoài những tính chất đặc biệt, rất nhiều ứng dụng khác nhau của vật liệu metamaterials đã được đề xuất và được kiểm chứng bằng thực nghiệm.

II. KHÁI NIỆM

• Metamaterials (siêu vật liệu) là một cấu trúc được thiết kế hoàn toàn nhân tạo bằng cách bố trí (engineer) những đơn vị cấu trúc sao cho các đặc tính điện từ quan trọng như độ từ thẩm và độ điện thẩm có trị số theo ý muốn kể cả trị số âm.

III. ĐẶC ĐIỂM

1. Chiết suất âm- Những vật liệu thông

thường có chiết suất từ 1 đến 3.

- Nhờ vào sự thay đổi cấu trúc nhân tạo của siêu vật liệu mà ta có thể tạo ra những chất có n rất lớn hoặc n âm.

• Hiện tượng khúc xạ khi n<0

2. Cấu trúc lớp của siêu vật liệu:

Siêu vật liệu được cấu tạo từ các nguyên tử nhân tạo là những nguyên tử có hình dạng giống như lưỡi liềm hẹp ở hai đầu và mỏng ở trung tâm.

Chúng được sắp xếp trên mạng lưới tuần hoàn.

3. Các thuộc tính của siêu vật liệu phụ thuộc vào hằng số điện môi và độ từ thẩm.

+ µ >0, ɛ>0: vật liệu thông thường

+ µ >0, ɛ<0: vật liệu plasma

+ µ <0, ɛ>0: vật liệu làm từ những chất đồng nhất

+ µ <0, ɛ<0: metamaterials hay left-handed media

IV. TÍNH CHẤT

1. Điều kiện entropy

2. Đảo ngược hiệu ứng doppler

3. Đảo ngược hiệu ứng khúc xạ

4. Ảnh hưởng đến các hệ số Fresnel

5. Đảo ngược hiệu ứng Goos-hanchen

6. Đảo ngược sự hội tụ và phân kỳ trong thấu kính lồi và lõm

V. ỨNG DỤNG

Siêu vật liệu đã trở thành một ngành mới trong vật lý và điện từ ( đặc biệt là quang học và lượng tử ánh sáng) chúng được sử dụng cho quang và lò vi sóng, các ứng dụng như việc hiệu chỉnh chùm tia, bộ điều biến, bộ lọc dãi thông, ống kính, lò vi sóng và anten radomes.

Một số ứng dụng cụ thể:– Anten– Công nghệ tàng hình– Siêu thấu kính– Siêu vật liệu âm thanh– Siêu vật liệu địa chấn

Anten radomes

Quá trình cải tiến của anten• Anten đơn cực• Anten parabol• Anten mạch dài• Anten mảnh• Anten metamaterial

Tính chất•Anten sử dụng vật liệu metamaterials để nâng cao hiệu suất của hệ thống.•Với đặc tính µ<0; ɛ<0 có thể tạo ra anten: có kích thước nhỏ, dễ chế tạo, định hướng cao, tự điều chỉnh tần số trong chỉ số khúc xạ.•Cải thiện hiệu quả hoạt động của băng thông.•Cải thiện hiệu quả bức xạ và hiệu suất phát thanh.•Tăng phạm vi chùm quét.

Công nghệ tàng hình

Hiện tượng nước trên mặt đường vào mùa nắng nóng nhờ vào sự thay đổi chiết suất lớp không khí.Nhờ đặc tính này người ta cũng làm thay đổi n của siêu vật liệu để bẻ cong ánh sáng.

• Bằng cách bẻ cong sóng ánh sáng để chúng lượn vòng quanh vật thể và hội tụ ở phía sau làm vật tàng hình.

• Vật liệu plasmon: khi các chùm hạt photon chạm vào siêu vật liệu, chúng kích thích các dòng điện khiến sóng ánh sáng phân tán đi hết.

• Làm chậm ánh sáng sau đó tăng tốc đột ngột nhằm tạo ra một khoảng trống và trong đó mọi vật dường như biến mất.

Công nghệ tàng hình

• Siêu vật liệu không những có chiết suất âm nhất định mà còn là một tập hợp những mảnh khảm quang học mang từng trị số chiết suất riêng.

• Sự tương tác với sóng điện từ đòi hỏi kích cỡ của các đơn vị cấu trúc của siêu vật liệu phải nhỏ hơn bước sóng được sử dụng.

• Hiệu ứng tàng hình xảy ra trong bước sóng vi ba (mm→cm) nên đơn vị siêu vật liệu có thể làm được.

• Muốn tàng hình xảy ra trong vùng ánh sáng thấy được (nm) thì cần tạo ra những đơn vị siêu vật liệu cấp nm => rất khó.

Siêu thấu kính

Tính chấtn<0 không ảnh hưởng đến sự nhòe

ảnh

Ứng dụng

Tạo ra vi mạch đến cấp nanomet

Sản xuất đĩa quang hoc (CD, DCD) với lượng trữ dữ liệu lớn

Trong y học: phát hiện tế bào ung thư

Quan sát 1 vật có độ lớn nhỏ hơn bước sóng của ánh sáng

Siêu vật liệu âm thanh• Chế tạo vật liệu để kiểm soát, thao tác âm thanh đối với sóng

âm, hạ âm, siêu âm cũng như trong rắn, lỏng, khí.• Siêu vật liệu âm thanh sẽ được phủ lên tàu ngầm, các luồng

âm thanh phát từ sonar truy lùng tàu ngầm chỉ trượt lên thân tàu mà không bị phản hồi. Sonar trở nên vô hiệu.

Siêu vật liệu địa chấn• Là siêu vật liệu được thiết

kế để chống lại các tác hại của sóng địa chấn trên cấu trúc nhân tạo, cái mà tồn tại trên hoặc gần bề mặt Trái đất.

Những ống trụ rỗng có 4 khe khi nhìn ngang và nhìn xuống.

VI. Tài liệu tham khảo

• METAMATERIAL PROPERTIES AND APPLICATIONS

(Shridhar E. Mendhe1 & Yogeshwar Prasad Kosta2)• www.rsc.org/csr

Metamaterials: a new frontier of science and technology

(Yongmin Liua and Xiang Zhang*ab)

Cảm ơn cô và các bạn đã lắng nghe