Từ năm 2016 đến năm 2019, GS.TSKH. Nguyễn Văn Liễn cùng các cộng sự tại Viện Vật lý đã thực hiện đề tài: “Các tính chất electronic của các cấu trúc nano dựa trên graphene và các vật liệu hai chiều liên quan”.

Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu lý thuyết một số tính chất electronic của các cấu trúc nano, như quantum dots, quantum rings hay n-p junctions, tạo thành bới thế tĩnh điện trên tầm graphene hay các vật liệu hai chiều khác có liên quan với graphene, như silicene. Nhưng, sau hơn một năm, các nhà nghiên cứu nhận thấy (1) việc nghiên cứu silicene hầu như dừng lại cho dù trong thời gian 2011-2015 nó là vật liệu được nghiên cứu mạnh nhất (hơn cả graphene), lý do là silicene hầu như không thể chế tạo được trong thực tiễn và (2) xuất hiện các kết quả thí nghiệm mới rất đáng quan tâm trong các hệ graphene đối xứng trục (circular quantum dots, circular quantum rings) được tạo thành bởi Tip của Scanning Tunnelling Spectroscope (STM).

Một số kết quả nổi bật của đề tài nghiên cứu:

+ Hướng nghiên cứu các cấu trúc nano graphene đối xứng trục đã được mở đầu bằng bài báo. Trong bài này, các tác giả đề xuất cách tính cấu trúc năng lượng của các circular graphene quantum dots bằng phương pháp transfer (T)- matrix. Họ đã dẫn ra tường minh các phương trình phổ cho các trạng thái liên kết cũng như tựa liên kết (quasi-bound states - QBSs). Với các QBSs, phương pháp này cho phép xác định chính xác đồng thời vị trí và độ rộng cộng hưởng. Ngoài ra, trong bài cũng dẫn ra cách tính LDOS và hệ số tán xạ cũng trong khuôn khổ T-matrix. Phương pháp tính đề xuất là hoàn toàn mới, rất hiệu quả và đơn giản hơn so với các phương pháp truyền thống (chẳng hạn bằng giải số phương trình vi phân).

+ Theo hướng Quantum Information, kết quả quan trọng nhất được công bố trong bài báo. Trong một công trình 1935, Einstein, Podolsky và Rosen (EPR) đã đề xuất một hiện tượng kì lạ nhất trong vật lý lượng tử, mà Einstein bảo đó là ‘Spooky at a distance’. Giả sử có hai hạt ở cách xa nhau, thậm chí nhiều năm ánh sáng, các phép đo tiến hành trên một hạt có thể dẫn tới sự thay đổi tức thời các tính chất nào đó của hạt kia, nếu như giữa hai hạt có một mối liên kết huyền bí (sau này thường gọi là entanglement). Công trình của EPR có thể xem là đã khai sinh ra QI và là chủ đề nghiên cứu tiếp của rất rất nhiều bài báo. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều câu hỏi nền tảng chưa được giải đáp thỏa đáng. Chẳng hạn, khi nào thì hiện tượng EPR có thể xảy ra? Dựa trên định nghĩa chính xác của ‘Spooky at a distance’ qua quantum steering, các tác giả đã phát biểu lại câu hỏi trên dưới dạng một bài toán tối ưu. Lời giải tối ưu có thể viết dưới dạng một công thức hiển hiện cho một số trạng thái lượng tử đặc biệt hoặc có thể tính số chính xác cao cho các trường hợp tổng quát hơn. Đây là kết quả hoàn toàn mới và mang tính nền tảng.

Bài báo nghiên cứu cũng mở ra một hướng mới trong nghiên cứu quantum steering. Một kết quả nữa cũng liên quan với entanglement nhưng cho một hệ khác. Gần đây có một số kết quả thực nghiệm phân tích động học entanglement của hai hạt tương tác với nhau qua hấp dẫn, nhằm kiểm tra các dấu hiệu lượng tử của hấp dẫn. Liên quan với các thí nghiệm này, một thành viên của nhóm đã xem xét động học mở của hệ hai hạt mất kết hợp do tương tác với môi trường. Nghiên cứu đã ghi nhận entanglement nếu tương quan giữa hai hạt là mạnh, úng hộ các quan sát thực nghiệm. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng entanglement là bền vững đối với thăng giáng ngẫu nhiên, đồng thời đề xuất khoảng thời gian tối ưu cũng như điều kiện để quan sát entanglement trong thực nghiệm.

Tất cả các kết quả nghiên cứu nêu trên là hoàn toàn mới, được đồng nghiệp quốc tế ghi nhận như những đóng góp khoa học đáng kể vào lĩnh vực. Hầu hết các kết quả này đã được công bố trên các tạp chí quốc tế có uy tín, số còn lại hi vọng cũng sẽ sớm được công bố.

Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 16807/2019) tại Cục Thông tin Khoa học và Công nghệ Quốc gia.

N.P.D (NASATI)