Trong thời gian từ năm 2018 đến năm 2020, PGS. TS. Nguyễn Ngọc Hiếu đã phối hợp với các cộng sự tại Trường Đại học Duy Tân thực hiện đề tài: “Tính chất điện tử và truyền dẫn của một số vật liệu monochalcogenide, dichalcogenide và dị cấu trúc giữa chúng”.

Đề tài nhằm thực hiện các mục tiêu sau:

- Nghiên cứu ảnh hưởng của biến dạng, điện trường ngoài và áp suất cao lên các tính chất về cấu trúc, tính chất điện tử và truyền dẫn của một số vật liệu bán dẫn hai chiều đơn lớp mới họ monochalcogenide và dichalcogenide bằng lý thuyết phiếm hàm mật độ. Khảo sát độ linh động của hạt tải và các đặc trưng truyền dẫn của các vật liệu monochalcogenide và dichalcogenide.

- Mô hình hóa cấu trúc hình học của các dị cấu trúc hai lớp được hình thành từ các monochalcogenide và dichalcogenide. Đồng thời, nghiên cứu tính chất điện tử và truyền dẫn của chúng bằng lý thuyết phiếm hàm mật độ. Khảo sát sự dịch chuyển vùng năng lượng của các chất trong quá trình hình thành dị cấu trúc.

- Nghiên cứu ảnh hưởng của biến dạng và áp suất cao lên các tính chất điện tử và truyền dẫn của các dị cấu trúc. Khảo sát các tương tác van der Waals giữa các lớp trong các dị cấu trúc. Dựa trên kết quả nghiên cứu về tính chất điện tử và truyền dẫn của chúng, đề xuất các khả năng ứng dụng các dị cấu trúc đó trong các thiết bị quang điện tử và công nghệ bán dẫn.

Sau hai năm nghiên cứu, đề tài đã thu được các kết quả như sau:

1. Thu được các kết quả về các tính chất điện tử và ảnh hưởng của biến dạng và điện trường ngoài lên các tính chất điện tử của các đơn lớp monochalcogenide (như GeS, GaS...) và dichalcogenide (như WS2, WSe2...) từ các tính toán bằng lý thuyết phiếm hàm mật độ. Kết quả tính toán đã chỉ ra rằng, các tính chất điện tử của các đơn lớp họ monochalcogenide và dichalcogenide phụ thuộc rất lớn và biến dạng và điện trường. Trong một số trường hợp, biến dạng hoặc điện trường ngoài có thể làm xuất hiện sự chuyển pha từ bán dẫn sang kim loại hoặc làm thay đổi đặc trưng của vùng cấm trong các hệ đơn lớp họ monochalcogenide và dichalcogenide.

2. Sử dụng lý thuyết phiếm hàm mật độ, các tác giả đã nghiên cứu các tính chất cấu trúc và điện tử của các dị cấu trúc van der Waals được hình thành từ các đơn lớp monochalcogenide và dichalcogenide như silicene/GaS, graphene/WSe2 và GaSe/MoSe2. Sự hình thành các tiếp xúc Schotky trong dị cấu trúc van der Waals đã được chúng tôi nghiên cứu một cách có hệ thống. Bên cạnh đó, ảnh hưởng của biến dạng và điện trường ngoài lên các tính chất điện tử của các dị cấu trúc van der Waals kể trên cũng đã được chúng tôi nghiên cứu.

3. Thông qua mô hình Hamiltonian năng lượng thấp, chúng tôi đã nghiên cứu cấu trúc điện tử và độ dẫn Hall lượng tử của các đơn lớp hai chiều có cấu trúc lục giác silicene and germanene. Các tính toán đã cho thấy có thể điều khiển các tính chất điện tử của silicnene và germanene bằng điện trường ngoài. Bên cạnh đó, độ dẫn Hall của chúng phụ thuộc rất lớn vào vị trí mức Fermi.

4. Các tính chất điện tử và truyền dẫn của các vật liệu 2 chiều có cấu trúc lớp được biết đến rất nhạy với sự thay đổi cấu trúc hình học của chúng. Gần đây (năm 2017), một loại vật liệu mới có cấu trúc bất đối xứng đã được tổng hợp thành công bằng thực nghiệm đó là cấu trúc Janus dichalcogenide MoSSe. Các dữ liệu nghiên cứu cho thấy, vật liệu Janus có nhiều tính chất vật lý và hóa học nổi trội mà các họ vật liệu khác không có được. Nắm bắt được điều này, các tác giả đã thực hiện các tính toán về tính chất điện tử của các cấu trúc Janus được hình thành từ các dichalcogenide và monochalcogenide là SnSSe và Ga2SeTe. Các tính toán cho thấy các cấu trúc Janus SnSSe và Ga2SeTe cs nhiều triển vọng ứng dụng trong các thiết bị quang điện tử và có thể như là một chất xúc tác trong quá trình phân tách hydro từ nước.

Tóm lại, đề tài đã thực hiện các mục tiêu nghiên cứu ban đầu và mở rộng được các nghiên cứu để làm tiền đề cho các nghiên cứu tiếp theo. Kết quả của đề tài đã được đăng trên 10 bài báo, trong đó 6 bài báo ISI uy tín, 3 bài báo quốc tế uy tín và 1 bài báo quốc gia uy tín. Bên cạnh đó, nội dung nghiên cứu của đề tài đã góp phần đào tạo (thông qua hướng dẫn luận văn/luận án) 2 Nghiên cứu sinh thực hiện luận án tiến sỹ và 2 học viên cao học làm luận văn thạc sỹ.

Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 18377/2020) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

N.P.D (NASATI)