Tính chất điện tử và quang-từ của một số hệ đơn lớp hai chiều có cấu trúc tương tự graphene - NCS. Đỗ Mười

Tên đề tài luận án: Tính chất điện tử và quang-từ của một số hệ đơn lớp hai chiều có cấu trúc tương tự graphene
Ngành: Vật lý lý thuyết và Vật lý toán
Mã số ngành: 62440103
Họ tên nghiên cứu sinh: Đỗ Mười
Khóa đào tạo: 2017
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Nguyễn Ngọc Hiếu, PGS.TS. Huỳnh Vĩnh Phúc
Cơ sở đào tạo: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG.HCM
1. Tóm tắt luận án
Các vật liệu hai chiều có cấu trúc tương tự graphene như silicene, germanene và các hợp chất dichalcogenide kim loại chuyển tiếp rất được quan tâm trong thời gian gần đây do chúng có nhiều tính chất vật lý hấp dẫn. Các vật liệu này có tương tác spin-quỹ đạo khá mạnh nên có nhiều triển vọng ứng dụng vào trong lĩnh vực điện tử học spin. Sử dụng lý thuyết trường lượng tử và các tính toán cơ bản trong cơ học lượng tử, luận án khảo sát các tính chất điện tử và quang-từ của một số vật liệu có cấu trúc tương tự graphene. Nội dung chủ yếu nghiên cứu các vấn đề sau:
- Khảo sát tính chất hấp thụ quang-từ của các vật liệu đơn lớp silicene và germanene trong từ trường và điện trường có xét đến ảnh hưởng của tán xạ phonon và tạp chất. Từ kết quả khảo sát về hệ số hấp thụ quang-từ, luận án đã tính toán được độ rộng vạch phổ hấp thụ của các vật liệu này.
- Khảo sát độ truyền dẫn phân cực theo spin-valley trong silicene và germanene đơn lớp. Tính toán hàm điện môi Ehrenreich-Cohen và chỉ ra quy luật biến thiên của độ dẫn Hall lượng tử khi có mặt điện trường ngoài.
- Khảo sát tính chất điện tử và quang-từ của các đơn lớp dichalcogenide kim loại chuyển tiếp MoS2 và WS2. Các tính chất quang-từ tuyến tính và phi tuyến của các đơn lớp MoS2 và WS2 đã được nghiên cứu bằng phương pháp gần đúng ma trận mật độ. Tính chất điện tử của WS2 trong trường ngoài đã được khảo sát thông qua Hamiltonian đơn hạt. 
2. Những kết quả mới của luận án
- Thu được tính chất quang-từ trong các đơn lớp cấu trúc vênh như silicene, germanene. Đã thu được các công thức giải tích cho hệ số hấp thụ quang-từ trong các cơ chế tán xạ hạt tải-photon, hạt tải-photon-tạp chất và hạt tải-photon-phonon. Kết quả nghiên cứu cho thấy, trong phổ hệ số hấp thụ quang từ của silicene và germanene có xuất hiện một chuỗi các đỉnh trong cả ba cơ chế tán xạ với cường độ đỉnh lớn nhất do chuyển dời giữa mức Landau tại n  0 và mức Landau tại n  1. Cường độ đỉnh trong phổ hấp thụ quang từ trong trường hợp tán xạ hạt tải-tạp chất là lớn nhất và giảm dần khi chỉ số mức Landau tăng dần. Bên cạnh đó, khi xét riêng các mode phonon thì kết quả cho thấy phổ hấp thụ quang từ trong trường hợp mode phonon âm theo phương thẳng đứng (ZA phonon) là lớn nhất. Những kết quả này được công bố trên tạp chí Physical Review B 101 (2020) 205408.
- Thu nhận được biểu thức giải tích của hàm điện môi Ehrenreich-Cohen cho silicene và germanene và chỉ ra được sự khác nhau về độ hấp thụ quang giữa silicene và germanene. Thu được độ dẫn Hall lượng tử theo spin-valley khi có mặt của điện trường và tương tác spin-quỹ đạo trong đơn lớp silicene và germanene. Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng độ dẫn Hall phụ thuộc mạnh vào vị trí của mức Fermi. Khi mức Fermi nằm trong vùng cấm, độ dẫn Hall sẽ bị lượng tử hóa. Những kết quả này được công bố trên tạp chí Journal of Materials Science 55 (2020) 14848.
- Bằng phương pháp gần đúng ma trận mật độ, luận án đã nghiên cứu tính chất quang-từ tuyến tính và phi tuyến của đơn lớp MoS2 thông qua việc tính toán các hệ số hấp thụ quang-từ và độ thay đổi chiết suất tỉ đối. Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra được sự phụ thuộc vào năng lượng photon và từ trường của hệ số hấp thụ và độ thay đổi chiết suất tỉ đối. Khi xét quá trình chuyển dời liên vùng giữa các mức Landau, đã thu được một chuỗi các đỉnh trong phổ hệ số hấp thụ và độ thay đổi chiết suất tỉ đối của MoS2 trong khi đó các phổ này chỉ chứa một đỉnh đối với các chuyển dời nội vùng. Những kết quả này được công bố trên tạp chí Optik 209 (2020) 164581 và Journal of Applied Physics 123 (2018) 034301.
3. Các ứng dụng/ khả năng ứng dụng trong thực tiễn hay những vấn đề còn bỏ ngỏ cần tiếp tục nghiên cứu
Các vật liệu đơn lớp hai chiều có cấu trúc tương tự graphene như silicene, germanene và các hợp chất dichalcogenide kim loại chuyển tiếp có nhiều triển vọng ứng dụng trong các thiết bị quang-điện tử. Do đó, nghiên cứu tính chất điện tử và quang-từ sẽ góp phần làm sáng tỏ thêm các tính chất vật lý của chúng để từ đó có định hướng ứng dụng các vật liệu này vào trong các thiết bị quang-điện tử trong tương lai.
Bên cạnh những kết quả đã đạt được trong luận án này, một số bài toán khác về tính chất điện tử và quang-từ chúng tôi muốn tiếp tục khảo sát đầy đủ hơn nữa như: khảo sát sự phụ thuộc vào nhiệt độ của giá trị đỉnh hệ số hấp thụ quang-từ, khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ bất kỳ lên độ dẫn spin-valley-Hall, khảo sát các tính chất nhiệt của các vật liệu… Những nghiên cứu này được kỳ vọng là sẽ góp phần hoàn thiện bức tranh vật lý của các hệ vật liệu hai chiều có cấu trúc tương tự graphene.