Nhằm xây dựng thành công các mô hình lý thuyết đơn giản sử dụng các phương pháp tính toán lý thuyết, các phương pháp mô phỏng máy tính để nghiên cứu tính chất nhiệt động và quang điện tử của vật liệu trong những vấn đề chọn lọc bao gồm sự chuyển động thành ống dòng của hệ keo dạng thủy tinh, sự tự kết dính của hạt keo dị hướng dưới tác dụng của lực Casimir tới hạn và mối liên hệ giữa cấu trúc khối chấm lượng tử và cấu trúc vùng năng lượng của chúng.

Trong đó, kết quả mô phỏng sẽ được so sánh trực tiếp với kết quả thực nghiệm để cũng cố độ tin cậy của mô hình mô phỏng được đề ra, TS. Đặng Minh Triết, Trường Đại Học Cần Thơ đã thực hiện đề tài: “Chuyển đổi động học phi cân bằng hình thái học và tính chất quang-điện tử của các vật liệu nano mềm”.

Sau một thời gian thực hiện, các nghiên cứu của đề tài đã đạt được những kết quả đáng kể trong lĩnh vực vật lý vật chất ngưng tụ, tập trung vào ba nhóm vật liệu chính: thủy tinh, vật liệu 2D (penta-graphene, phosphorene xanh) và hệ keo.

1. Thủy tinh và hành vi dưới tác dụng của ngoại lực

Đề tài đã chứng minh rằng khi chịu tác dụng của ngoại lực, thủy tinh biểu hiện sự chuyển pha động lực học loại I tại mặt phẳng chịu lực tác động chính. Đặc biệt, qua cả thực nghiệm và mô phỏng, đề tài đã chỉ ra rằng quá trình già hóa của thủy tinh theo thời gian dẫn đến sự giảm năng lượng tự do của hệ. Điều này có mối liên hệ mật thiết với sự biến đổi của entropy dao động – một đặc trưng của lý thuyết tế bào. Để giải thích cơ chế này, đề tài đã phát triển thành công một mô hình lý thuyết, cho phép hiểu rõ hơn về sự thay đổi cấu trúc hình học của hệ, từ đó dẫn đến sự thay đổi entropy dao động và giảm năng lượng tự do.

2. Vật liệu hai chiều: Penta-graphene và Phosphorene xanh

Đề tài đã mở rộng phương pháp nghiên cứu để khảo sát vật liệu hai chiều penta-graphene dưới tác dụng của nhiệt độ và ngoại lực. Nghiên cứu đã xác định được quá trình chuyển pha loại I của penta-graphene theo nhiệt độ ở các tốc độ nung nóng và làm lạnh khác nhau. Ngoài ra, đề tài cũng đã làm rõ chu trình trễ của vật liệu này dưới tác dụng của ngoại lực biến dạng, một hiện tượng tương tự chu trình từ trễ trong vật liệu từ.

Đối với phosphorene xanh, đề tài đã thành công trong việc kết hợp lý thuyết phiếm hàm mật độ (DFT) và phương pháp nhiệt động học cổ điển. Cách tiếp cận này giúp làm rõ mối quan hệ sâu sắc giữa quá trình biến dạng của vật liệu hai chiều và sự thay đổi cấu trúc vùng năng lượng, cũng như định hướng dị hướng của các orbital phân tử. Đề tài cũng đã đi sâu khảo sát cấu trúc vùng năng lượng và tính chất quang của phosphorene xanh khi chịu tác dụng của điện trường ngoài.

3. Hệ keo mềm dị hướng

Nghiên cứu của Đề tài đã mô hình hóa hệ keo mềm dị hướng như một hạt nước gồm hai hạt nhỏ ở hai đầu và một hạt trung tâm lớn, chịu tác dụng của thế năng tầm ngắn. Đề tài đã chứng minh rằng hệ này có khả năng hình thành trạng thái gel và trải qua chuyển pha sol-gel theo thời gian. Một phát hiện quan trọng khác là dưới tác dụng của lực Casimir tới hạn, hệ hạt dị hướng này thể hiện sự phân bố hàm mũ -3/2 khi khảo sát sự phân bố kích thước khối liên kết (cluster-mass distribution). Đề tài đã sử dụng lý thuyết cân bằng động (master kinetic equation) để giải thích cơ chế hình thành gel, một kết quả mới mẻ trong cộng đồng khoa học quốc tế.

4. Chấm lượng tử: Penta-graphene, Phosphorene xanh và Graphene

Chấm lượng tử penta-graphene: Đề tài đã xây dựng thành công các mô hình chấm lượng tử penta-graphene với nhiều kích thước khác nhau. Bằng phương pháp DFT tích hợp trên phần mềm Atomistix Toolkit (ATK), đề tài đã tính toán được cấu trúc vùng năng lượng và thiết lập mối liên hệ trực tiếp giữa cấu trúc này với các vị trí vạch phát quang trong phổ hấp thụ quang.

Chấm lượng tử phosphorene xanh: Đề tài đã khảo sát thành công ảnh hưởng của kích thước và hình thái học của chấm lượng tử lên cấu trúc vùng năng lượng và hệ số hấp thụ quang. Kết quả chỉ ra rằng hình thái học đóng vai trò quan trọng trong việc quyết định khả năng hấp thụ quang của hệ vật liệu này.

Chấm lượng tử graphene và graphene pha tạp Nito: Với sự hợp tác của GS. Đinh Văn An, đề tài đã xây dựng mô hình chấm lượng tử graphene và graphene pha tạp Nito. Sử dụng công cụ DFT tích hợp trong phần mềm VASP, đề tài đã tính toán cấu trúc vùng năng lượng, hàm phân bố mật độ trạng thái và phổ quang học. Kết quả cho thấy hệ số hấp thụ quang dịch chuyển về vùng hồng ngoại khi kích thước chấm lượng tử tăng, và hiệu ứng polaron hình thành rõ ràng khi phân tích cấu trúc vùng năng lượng của chấm lượng tử graphene pha tạp Nito.

Trong quá trình tham gia Hội nghị Vật lý Lý thuyết Toàn quốc, TS. Đặng Minh Triết đã có cơ hội trao đổi và hợp tác với GS. Đinh Văn An về lĩnh vực DFT và chấm lượng tử, từ đó tiếp cận và sử dụng phần mềm Vienna Ab initio Simulation Package (VASP), mở rộng đáng kể hướng nghiên cứu về chấm lượng tử.

Có thể tìm đọc toàn văn báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 21104/2022) tại Cục Thông tin, Thống kê.

P.T.T (NASTIS)