Hiệu ứng truyền năng lượng cộng hưởng trong sự hiện diện của cấu trúc hình trụ - NCS. Nguyễn Văn Phước

Tên đề tài luận án: Hiệu ứng truyền năng lượng cộng hưởng trong sự hiện diện của cấu trúc hình trụ
Ngành: Vật lý lý thuyết và vật lý toán
Mã số ngành: 62440103
Họ tên nghiên cứu sinh: Nguyễn Văn Phước
Khóa đào tạo: 26/2016
Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Hồ Trung Dũng
Cơ sở đào tạo: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG.HCM
1. Tóm tắt nội dung luận án
Truyền năng lượng cộng hưởng giữa một nguyên tử kích thích và một nguyên tử ở trạng thái cơ bản đóng vai trò quan trọng trong các quá trình vật lý, hóa học và sinh học. Quá trình này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như vị trí của các nguyên tử, sự định hướng của các momen lưỡng cực của nguyên tử, và môi trường xung quanh các nguyên tử. Đề tài này nhằm nghiên cứu sự ảnh hưởng của môi trường, cụ thể là hệ trụ band-gap, lên sự truyền năng lượng cộng hưởng giữa hai nguyên tử bằng cách sử dụng hàm Green. Các nguyên tử lần lượt được đặc bên trong và bên ngoài hệ trụ, trong mặt phẳng vuông góc với trục của hệ trụ và trên trục của hệ trụ. Đồng thời, nghiên cứu cũng tính đến ảnh hưởng của các hướng momen lưỡng cực nguyên tử, cụ thể, các momen định hướng lần lượt theo phương hướng tâm, phương tiếp tuyến với mặt trụ và phương trục của hệ trụ. Hơn nữa, các kết quả này được so sánh với kết quả được tính toán cho trường hợp hệ trụ phản xạ toàn phần. Sự khác biệt của hai kết quả được tìm thấy khi hai nguyên tử ở gần bề mặt của hệ trụ. Trường hợp sự truyền năng lượng cộng hưởng phụ thuộc vào tần số truyền cũng được được xem xét.  
2. Những kết quả mới của luận án
Sự truyền năng lượng cộng hưởng khi có mặt của hệ trụ chưa được xem xét trước đây. Chúng tôi dẫn ra các kết quả chính sau đây:
- Khi khoảng cách giữa các nguyên tử với nhau nhỏ hơn nhiều so với khoảng cách từ các nguyên tử tới bề mặt, ảnh hưởng khối trụ không đáng kể. Khi khoảng cách liên nguyên tử tăng lên, phần năng lượng truyền thông qua tán xạ tăng lên, dẫn tới tăng ảnh hưởng của hệ trụ. Mức tăng giảm lớn nhất của tốc độ truyền năng lượng cộng hưởng trong các vùng thông số mà chúng tôi sử dụng có thể lên đến 105 và 10-5 lần so với trong không gian tự do.
- Tốc độ truyền năng lượng cộng hưởng thể hiện dao động, chính xác hơn là thay đổi lên xuống, khi ta thay đổi thông số vị trí hay tần số. Đây là do giao thoa giữa các sóng tới, với sóng phản xạ từ nhiều bề mặt, hoặc nhiều lần trên cùng một bề mặt. Tần suất dao động dày hơn khi nguyên tử nằm trong so với khi nguyên tử nằm ngoài do số lượng bề mặt tham gia phản xạ nhiều hơn.
- Khi các nguyên tử nằm ngoài khối trụ, khoảng cách tới bề mặt lớn có xu hướng làm giảm tác động của hệ trụ, nhưng do hiệu ứng giam nhốt trường điện từ, điều này có thể không đúng khi nguyên tử ở bên trong khối trụ.
- Hướng của momen lưỡng cực nguyên tử có ảnh hưởng đến sự bức xạ và hấp thụ năng lượng của nguyên tử. Trong trường hợp hai nguyên tử nằm trên một đường thẳng song song với trục, hướng trục cho thấy giúp ích truyền năng lượng cộng hưởng thông qua khối trụ tốt nhất.
- Chỉ khi hai nguyên tử được đặt đối diện nhau bên ngoài hệ trụ và có momen lưỡng cực song song với trục của hệ trụ, ta thấy truyền năng lượng cộng hưởng gần như vắng mặt trong vùng cấm. Trong các trường hợp còn lại, hoặc là luôn tồn tại thành phần truyền trực tiếp, hoặc tán xạ chủ yếu theo phương xiên là các phương trên thực tế không có vùng cấm.
- Mô hình hệ trụ phản xạ toàn phần có ưu thế là công thức đơn giản. Nó có độ tin cậy cao khi các nguyên tử ở xa bề mặt, tuy nhiên kết quả có thể sai lệch nhiều khi các nguyên tử ở gần bề mặt. Thêm vào đó hệ trụ phản xạ toàn phần không mô tả được sự phụ thuộc tốc độ truyền năng lượng cộng hưởng vào tần số truyền.
3. Các ứng dụng/ khả năng ứng dụng trong thực tiễn hay những vấn đề còn bỏ ngỏ cần tiếp tục nghiên cứu
Kết quả này sẽ là cơ sở quan trọng thúc đẩy những nghiên cứu xa hơn về lý thuyết cũng như thực nghiệm về quá trình truyền năng lượng cộng hưởng giữa các nguyên tử khi có mặt vật thể vĩ mô. Hiểu biết rõ về ảnh hưởng của vị trí nguyên tử, hướng momen lưỡng cực và hình dạng, kích thước của hệ trụ lên quá trình truyền năng lượng giúp chúng ta có thể điều kiển được quá trình này. Mở rộng khoảng truyền năng lượng hiệu quả có thể hữu ích cho ứng dụng như thước quang phổ. Mô hình hệ trụ phản xạ toàn phần khá đơn giản và thường được sử dụng. Chúng tôi cũng xác định giới hạn áp dụng cho hệ trụ phản xạ toàn phần.
 Vấn đề đã được khảo sát ở đây có thể phát triển theo nhiều hướng khác nhau, ví dụ:
- Ta có thể xem xét trường hợp khối trụ có độ dài hữu hạn, là cấu hình xuất hiện trong nhiều bài toán thực tế. Hàm Green chính xác cho khối trụ hữu hạn không biết, nhưng có thể sử dụng gần đúng.
- Ta có thể khảo sát chi tiết biểu đồ bức xạ của nguyên tử cho các định hướng momen lưỡng cực khác nhau. Điều này giúp cho việc lựa chọn vị trí truyền năng lượng hữu hiệu cho các nguyên tử.
- Ta có thể giả định nguyên tử cho và nguyên tử nhận khác nhau, hay xem xét trường hợp nguyên tử cho và nguyên tử nhận tương tác qua tứ cực điện hay lưỡng cực từ.
- Có thể xem xét trường hợp nhiệt độ khác không.
- Có thể cho phép vật chất tạo thành khối trụ có cả tính chất từ, tức là có độ từ thẩm khác một, ví dụ vật liệu thuận tay trái (left-handed material).