Tính chất truyền dẫn quang-từ của các vật liệu hai chiều tương tự graphene

Nhằm nghiên cứu các tính chất truyền dẫn quang-từ tuyến tính và phi tuyến của các vật liệu hai chiều có cấu trúc tương tự graphene như silicene, germanene, stanene, arsene, phosphorene và các bán dẫn họ dichalcogenide kim loại chuyển tiếp (MX2 với M = Mo, W, Ti...; X = S, Se, Te...).

Cụ thể là: nghiên cứu các tính chất truyền dẫn quang-từ bao gồm độ dẫn từ, hệ số hấp thụ quang-từ và độ thay đổi chiết suất trong các vật liệu hai chiều tương tự graphene để khảo sát sự phụ thuộc của hệ số hấp thụ quang-từ và độ thay đổi chiết suất vào từ trường, nhiệt độ và các thông số của vật liệu; chỉ ra được vị trí của các đỉnh hấp thụ cũng như sự dịch chuyển của chúng do tương tác electron–phonon; thu được độ rộng vạch phổ và khảo sát sự phụ thuộc của độ rộng vạch phổ vào từ trường, nhiệt độ và các thông số của vật liệu, PGS.TS. Huỳnh Vĩnh Phúc cùng các cộng sự tại Trường Đại học Đồng Tháp - Bộ Giáo dục và Đào tạo đã thực hiện đề tài: “Tính chất truyền dẫn quang-từ của các vật liệu hai chiều tương tự graphene”.

Sau một thời gian thực hiện, đề tài thu được những kết quả sau:

1. Thu được các kết quả về tính chất truyền dẫn quang-từ khi xét đến tương tác electron-phonon và ảnh hưởng của các loại tương tác electron-phonon khác nhau lên hệ số hấp thụ và độ rộng vạch phổ trong các hệ đơn lớp dichalcogenides (MoS2, MoSe2, WS2, WSe2...) và các hệ đơn lớp khác từ các tính toán bằng phương pháp nhiễu loạn và phương pháp profile. Kết quả tính toán của chúng tôi chỉ ra rằng, các điều kiện cộng hưởng, độ cao của hệ số hấp thụ và độ rộng vạch phổ phụ thuộc mạnh vào các tham số của vật liệu đơn lớp, các đặc trưng của tương tác electron-phonon, tương tác electron-tạp chất cũng như các tham số bên ngoài như nhiệt độ và từ trường. Sự kết hợp của tương tác spin-quỹ đạo mạnh (SOC) và trường Zeeman đã làm tăng gấp đôi mức Landau nhưng không làm thay đổi độ rộng vùng cấm; nhưng đại lượng này có thể được điều khiển bởi điện trường. Do hiệu ứng SOC mạnh của chúng, phổ hấp thụ trong các hệ đơn lớp được tách thành hai cực đại riêng biệt gây ra bởi spin hướng lên và spin hướng xuống. Kết quả ước tính của chúng tôi về độ linh động phù hợp tốt với các kết quả thử nghiệm trong WS2.

Các kết quả chính đã được đăng trong 02 bài báo ISI uy tín [PHYSICAL REVIEW B 101, 045424 (2020), PHYSICAL REVIEW B 101, 205408 (2020)] và một bài báo quốc tế uy tín [Optik - International Journal for Light and Electron Optics 209 (2020) 164581].

2. Sử dụng phương pháp ma trận mật độ kết hợp, chúng đã nghiên cứu hệ số hấp thụ và độ thay đổi chiếc suất trong các hệ đơn lớp hai chiều có cấu trúc tương tự graphene.

Kết quả nghiên cứu thu được cho thấy rằng khi từ trường tăng lên thì vị trí của đỉnh hấp thụ dịch chuyển về phía năng lượng lớn (dịch chuyển xanh). Trường Zeeman không làm thay đổi vị trí của đỉnh cộng hưởng nhưng làm giảm nhẹ độ cao của đỉnh hấp thụ. Hệ số hấp thụ và độ thay đổi chiếc suất đối với các dịch chuyển nội vùng chỉ xuất hiện một đỉnh, trong khi đó đối với các dịch chuyển liên vùng thì các đại lượng này xuất hiện một chuỗi các đỉnh phân bố từ vùng hồng ngoại gần đến vùng khả kiến.

Các kết quả nghiên cứu được đăng trên 01 bài báo quốc tế uy tín [Physica E 124 (2020) 114315], 01 báo trên tạp chí quốc gia uy tín [Hue University Journal of Science: Natural Science Vol. 130, No. 1B, 21–26, 2021], 01 bài được chấp nhận đăng trên tạp chí quốc gia uy tín [VNU Journal of Science: Mathematics – Physics], và 02 báo cáo tại hội nghị.

3. Sử dụng phương pháp Kubo, chúng tôi đã nghiên cứu độ dẫn dọc và độ dẫn Hall của các đơn lớp hai chiều có cấu trúc lục giác silicene.

Các tính toán của đề tài đã cho thấy rằng những hiệu ứng tổ hợp giữa tương tác spin-quỹ đạo, điện trường ngoài và trường Zeeman đã làm tăng độ suy biến spin và suy biến vùng (valleys) của các mức Landau, làm xuất hiện các bậc bổ sung trong độ dẫn Hall được mô tả bởi σyx = (4e2 / h) (n / 4 + 1/2). Bên cạnh đó độ dẫn Hall chịu ảnh hưởng mạnh bởi sự thay đổi của nhiệt độ. Kết quả nghiên cứu của chúng tôi được đăng trên 01 bài báo trong tạp chí ISI uy tín [PHYSICAL REVIEW B 104, 075445 (2021)].

Như vậy, đề tài đã thực hiện được các mục tiêu nghiên cứu đặt ra ban đầu, đồng thời mở rộng được các hướng nghiên cứu để làm tiền đề cho các nghiên cứu tiếp theo. Đề tài cũng góp phần vào việc đào tạo sau đại học ngành vật lý thông qua hướng dẫn học viên cao học thực hiện luận văn thạc sĩ và hướng dẫn nghiên cứu sinh thực hiện luận án tiến sĩ.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 20141/2021) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

Vista.gov.vn