Góp phần thực hiện Chương trình phát triển Vật lý đến năm 2020; Tăng số lượng công bố quốc tế trong lĩnh vực liên ngành vật lý hạt nhân thực nghiệm và khoa học vật liệu; Hợp tác quốc tế để phát huy và khai thác hiệu quả vai trò thành viên của Việt Nam tại Viện Liên hiệp nghiên cứu hạt nhân (LHNCHN) Đubna (Liên bang Nga); Xây dựng nhóm nghiên cứu đầu mối tại Viện LHNCHN Đubna để các cơ sở nghiên cứu trong nước có thể khai thác thiết bị nhiễu xạ nơtron hiện đại tại đây; Đào tạo cán bộ làm việc trong lĩnh vực vật lý hạt nhân thực nghiệm và khoa học vật liệu, có khả năng khai thác các thiết bị vật lý hạt nhân cho các lĩnh vực nghiên cứu đa ngành.

Đề tài đã bám sát các nhiệm vụ đề ra trong Chương trình phát triển vật lý đến năm 2020 do Thủ tướng Chính phủ phê duyệt ngày 24/3/2015, cụ thể là:
- Đề tài đã tập trung nghiên cứu các vật liệu sắt từ.
- Các kết quả của đề tài thu được dựa trên sự hợp tác chặt chẽ với các nhà khoa học quốc tế tại Viện Liên hiệp nghiên cứu hạt nhân Đubna, và do đó đã thực hiện nhiệm vụ của Chương trình phát triển vật lý đến năm 2020 là “Tăng cường hợp tác quốc tế để phát triển ngành vật lý, phát huy và khai thác hiệu quả vai trò thành viên của Việt Nam tại Viện Liên hiệp nghiên cứu hạt nhân Đubna, Liên bang Nga” và “Khuyến khích các nhà khoa học là người Việt Nam ở nước ngoài và các nhà khoa học quốc tế tham gia vào hoạt động nghiên cứu và đào tạo ngành vật lý”.
- Đề tài có sự tham gia và hợp tác chặt chẽ của các giảng viên vật lý ở các trường đại học khác nhau bao gồm Đại học Thái Nguyên, Đại học Duy Tân, Đại học Đà Nẵng, Đại học Công nghệ và Sư phạm TP. Hồ Chí Minh, Đại học Đà Lạt, Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông, và do đó đã thực hiện đúng nhiệm vụ đề ra trong Chương trình phát triển vật lý đến năm 2020 là “Khuyến khích giảng viên vật lý ở các trường đại học đẩy mạnh công tác nghiên cứu”.
Các kết quả khoa học chính của đề tài:
- Pha sắt điện của vật liệu BaTi1-xFexO3 (0 ≤ х ≤ 0,5) bị suy giảm theo nồng độ pha tạp Fe. Sự pha tạp Fe làm giảm mạnh nhiệt độ chuyển pha sắt điện, giảm độ phân cực điện, và làm dịch điểm áp suất chuyển pha cấu trúc từ tứ phương sắt điện P4mm sang lập phương thuận điện Pm-3m trong vật liệu về phía giá trị lớn hơn nhiều so với các giá trị thu được của vật liệu BaTiO3 không pha tạp. Sự pha tạp Fe với lớp 3d không lấp đầy hoàn toàn vào vị trí của Ti làm giảm sự lai hóa giữa lớp 3d-2p và gây ra sự bất đồng nhất về cấu trúc vi mô trong vật liệu là nguyên nhân của các thay đổi này.
-  Đã phát hiện sự đồng thời tồn tại đám thủy tinh FM và pha AFM khoảng cách dài gây ra sự cạnh tranh giữa các tương tác từ trong vật liệu LaMnO3 đồng pha tạp các nguyên tố Ca, Fe. Nguyên nhân chuyển pha từ FM sang AFM trong vật liệu này gây ra bởi sự gia tăng biến dạng mạng tinh thể Jahn-Teller ở các vị trí ion Mn3+ và sự nén bất đẳng hướng các bát diện dọc theo trục b. Điều này dẫn đến sự phân cực ưu tiên của các orbital eg dx2-z2 và kéo theo sự hình thành trạng thái AFM loại A được nhúng trong ma trận orbital FM. Đối với vật liệu La0,7Sr0,3Mn1-xNixO3, sự chuyển pha sắt từ - thuận từ đã được quan sát với x = 0 - 0,1 trong từ trường H = 100 Oe. Sự suy giảm của nhiệt độ chuyển pha sắt từ - thuận từ TC và từ độ M của vật liệu khi nồng độ Ni tăng được qui cho sự giảm cường độ tương tác DE do tỷ phần Mn3+/Mn4+ lệch khỏi tỷ lệ 3/7 và tương tác giữa các ion Ni với các ion Mn.
- Ảnh hưởng của sự thay thế các nguyên tố A = Ca, Ba và Sr lên tính chất từ và hiệu ứng từ nhiệt đã được nghiên cứu đối với hệ vật liệu đa tinh thể Pr0,7A0,3MnO3. Kết quả thực nghiệm đã chứng tỏ việc thay thế các nguyên tố Ca, Ba và Sr đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển giá trị TC và MCE của vật liệu. Khi A = Sr, giá trị biến thiên entropy từ cực đại thu được là 3,05 J/kg.K tại 268 K. Tuy nhiên, vùng xảy ra MCE hẹp nên giá trị RCP còn thấp (47,3 J/kg). Trái lại, khi A = Ca, mặc dù biến thiên entropy từ cực đại chỉ đạt 0,99 J/kgK, nhưng do MCE của vật liệu này xảy ra trong vùng nhiệt độ rộng nên RCP của nó được cải thiện đáng kể (54,5 J/kg.K). Phương pháp đường cong Arrott và đường cong phổ quát cho thấy chuyển pha FM-PM trong cả ba mẫu đều là bậc hai, đồng thời chỉ ra sự tồn tại các tương tác sắt từ khoảng cách ngắn trong vật liệu và chúng không tuân theo lý thuyết trường trung bình.
- Sự thay đổi tính chất từ của vật liệu BiFeO3 đồng pha tạp các nguyên tố (La, Ti), (La, Zn), (La, Mn), (La, Co) gây ra bởi sự chuyển pha cấu trúc tinh thể khi thay đổi hàm lượng các tạp chất La, Ti và Zn. Giá trị từ tính rất lớn của vật liệu Bi1-xLaxFe1-yCoyO3 được qui cho đóng góp từ pha CoFe2O4 trong vật liệu này. Sự thay đổi các đặc trưng từ của vật liệu theo thời gian liên quan với quá trình chuyển pha cấu trúc tinh thể đẳng nhiệt và quá trình sắp xếp lại trật tự spin tại vùng biên giữa hai pha cấu trúc. Các phép đo nhiễu xạ nơtrong và độ từ hóa của vật liệu Bi0.5La0.5Fe1-xCrxO3-δ có nồng độ tạp Cr khác nhau đã chỉ ra trạng thái từ không đồng nhất với sự tồn tại đồng thời của các đám FM cluster và pha AFM loại G khoảng cách dài. Sự triệt tiêu dần cả hai trạng thái từ này khi tăng nồng độ Cr phản ánh sự phát triển của trạng thái giống thủy tinh spin do sự cạnh tranh của các tương tác từ. Hiệu ứng exchange bias tự phát tại nhiệt độ phòng được sinh ra do các spin không bão hòa ghim tại các bề mặt tiếp giáp giữa các đám FM cluste và mạng AFM trong vật liệu.
-    Trật tự AFM sóng mật độ spin khoảng cách dài trong vật liệu BaYFeO4 xảy ra tại TN1 ~ 50 K, sau đó biến đổi sang trạng thái AFM xoắn tại TN2 ~ 35 K. Dưới nhiệt độ T ~ 17 K hệ chuyển sang trạng thái giống thủy tinh spin tồn tại đồng thời với trạng thái xoắn khoảng cách dài. Trong từ trường ngoài, các trạng thái AFM xoắn và AFM sóng mật độ spin khoảng cách dài được tăng cường đến 6 T. Ngược lại, trạng thái thủy tinh spin bị ảnh hưởng mạnh bởi từ trường ngoài và đặc trưng của tương quan spin bị biến đổi từ AFM sang FM. Dáng điệu tương quan của hiệu ứng này với sự chặn tính phân cực sắt điện đã cho thấy vai trò quyết định của trạng thái thủy tinh spin đối với hiệu ứng điện từ của vật liệu BaYFeO4.
-    Cấu trúc từ, mối tương quan từ tính và chuyển pha từ theo sự thay đổi cấu trúc của vật liệu Mn3O4 đã được nghiên cứu thực nghiệm dưới áp suất cao kết hợp với các tính toán lý thuyết hàm mật độ (DFT) về các tính chất điện tử và từ tính của Mn3O4 khi bị nén. Kết quả nhận được cho thấy cấu trúc tinh thể khi bị nén biến đổi từ pha tứ giác ban đầu ở nhóm đối xứng I41/amd thành pha trực thoi cấu trúc Pbcm thông qua pha trực thoi trung gian cấu trúc Bbmm. Ở pha tứ giác, áp suất P > 2 GPa làm triệt tiêu các trật tự phản sắt từ ở nhiệt độ thấp và mở rộng trật tự từ Yafet - Kittel thành trạng thái cơ bản duy nhất. Kết quả là, nhiệt độ TN tăng nhanh, từ ~ 43 K ở P = 0 GPa lên đến 100 K ở P = 10 GPa. Trong pha trực thoi, trật tự phản sắt từ trên mạng con của các spin Mn3+ với vector k = (1/2, 0,0) xuất hiện dưới TN = 275 K ở P = 20 GPa. Xu hướng giữa các tham số cấu trúc tính toán và thực nghiệm khi nén là khá giống nhau. Các nghiên cứu DFT cũng dự đoán sự biến đổi pha cấu trúc ở P = 2 GPa xung quanh điểm chuyển pha từ do các hiệu ứng cấu trúc. Sự chuyển đổi pha từ do áp suất quan sát được trong pha cấu trúc tứ giác được tìm thấy là kết quả của sự thay đổi tỷ lệ tương tác từ JBbo/JAB.
- Hiệu ứng từ nhiệt đã được nghiên cứu đối với vật liệu Heusler Ni-Mn-Z (Z = Sn, Al, Sb, Ga). Đã phát hiện mối liên quan chặt chẽ giữa tính chất từ của vật liệu (như đặc trưng từ tính, độ từ hóa, lực kháng từ, nhiệt độ Curie) và các pha cấu trúc/chuyển pha cấu trúc trong sự phụ thuộc vào hàm lượng của các thành phần Sb, Sn, Co và Al.

Sản phẩm của đề tài:

- P.T. Tho, N.V. Dang, N.X. Nghia, L.H. Khiem, C.T.A. Xuan, H.S. Kim, B.W. Lee, Investigation of crystal structure and magnetic properties in Zn doped
Bi0.84La0.16FeO3 ceramics at morphotropic phase boundary, Journal of Physics and Chemistry of Solids 121 (2018) 157-162.
- Yen Pham, T.D. Thanh, T.V. Manh, N.T. Dung, W.H. Shon, J.S. Rhyee,
Dong-Hyun Kim, Seong-Cho Yu, Magnetocaloric effect and the change from first- to second-order magnetic phase transition in Pr0.7CaxSr0.3-xMnO3 polycrystalline compounds, AIP Advances 8 (2018) 101417.
- P.T. Tho, N.X. Nghia, L.H. Khiem, N.V. Hao, L.T. Ha, V.X. Hoa, C.T.A. Xuan, B.W. Lee, N.V. Dang, Crystal structure, magnetic properties, and magnetization variation in Bi0.84La0.16Fe1-xTixO3 polycrystalline ceramic, Ceramics International 45 (2019) 3223-3229.
- Tran Dang Thanh, Pham Duc Huyen Yen, Kieu Xuan Hau, Nguyen Thi Dung, Le Vi Nhan, Le Thi Huong, Le Viet Bau, Le Thi Anh Thu, Bach Thanh Cong, Nguyen Xuan Nghia, Le Hong Khiem, Seong Cho Yu, Critical Behavior of Ni-doped La0.7Sr0.3MnO3 Ceramics, Journal of Electronic Materials 48 (2019) 1353-1362.
- Kieu Xuan Hau, Vu Manh Quang, Nguyen Thi Mai, Nguyen Hai Yen, Pham Thi Thanh, Tran Dang Thanh, Pham Duc Huyen Yen, Dong Hyun Kim, Seong Cho Yu, Nguyen Huy Dan, Influence of Co and Al on Magnetic Properties and Magnetocaloric Effect of (Ni, Co)-Mn-(Sn, Al) Alloys, Journal of Electronic Materials 48 (2019) 6540-6545.
- S.H. Jabarov, N.T. Dang, S.E. Kichanov, D.P. Kozlenko, L.S. Dubrovinsky, Je-Geun Park, Seongsu Lee, A.I. Mammadov, R.Z. Mehdiyeva, B.N. Savenko, N.X. Nghia, L.H. Khiem, N.T.T. Lieu, L.T.P. Thao, Crystal structure and vibrational spectra of hexagonal manganites YMnO3 and LuMnO3 under high pressure, Materials Research Express 6 (2019) 086110.
- S.E. Kichanov, D.P. Kozlenko, L.H. Khiem, N.X. Nghia, N.T.T. Lieu, M.T. Vu, E.V. Lukin, D.T. Khan, N.Q. Tuan, B.N. Savenko, N.T. Dang, Magnetic phase transition in La0.8Sr0.2Mn0.9Sb0.1O3 manganite under pressure, Chemical Physics 528 (2020) 110541.
- N.T. Dang, A.V. Rutkaukas, S.E. Kichanov, D.P. Kozlenko, H.H. Nguyen, N. Tran, M.Y. Lee, B.W. Lee, T.L. Phan, L.H. Khiem, N.X. Nghia, L.T.P. Thao, T.A. Tran, N.T.T. Lieu, D.T. Khan, Strong Impact of Cr Doping on Structural and Magnetic Properties of Bi0.5La0.5Fe1-xCrxO3-δ, Journal of Electronic Materials 50 (2021) 1340-1348.
- D.P. Kozlenko, N.T. Dang, R.P. Madhogaria, L.T.P. Thao, S.E. Kichanov, N. Tran, D.T. Khan, N. Truong-Tho, T.L. Phan, B.W. Lee, B.N. Savenko, A.V. Rutkaukas, L.H. Khiem, H.B. Nguyen, T.A. Tran, T. Kmjec, J. Kohout, V. Chlan, M.H. Phan, Competing magnetic states in multiferroic BaYFeO4: A high magnetic field study, Physical Review Materials 5 (2021) 044407.

Góp phần làm sáng tỏ các vấn đề còn chưa rõ ràng như tính chất từ, mối tương quan từ tính với pha tạp các nguyên tố đất hiếm, kim loại chuyển tiếp, và chuyển pha cấu trúc đối với các vật liệu nền BaTiO3, BiFeO3, LaMnO3, PrMnO3, BaYFeO4, Mn3O4, và vật liệu Heusler Ni-Mn-Z (Z = Sn, Al, Sb, Ga), đồng thời chỉ ra khả năng điều khiển các tính chất điện từ của vật liệu cho mục đích ứng dụng.

Việt Nam đang chuẩn bị xây dựng Trung tâm Nghiên cứu hạt nhân Quốc gia, trong đó thiết bị lớn nhất là lò phản ứng hạt nhân với công suất 10 MW (lớn hơn 20 lần công suất của lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt). Sẽ có nhiều hướng nghiên cứu và khai thác các kênh nơtron từ lò phản ứng hạt nhân, trong đó sẽ có 01 kênh dùng để nghiên cứu vật lý chất rắn và khoa học vật liệu. Viện Liên hợp Nghiên cứu Hạt nhân Đubna đã đồng ý giúp Việt Nam thiết kế và lắp đặt 01 phổ kế nhiễu xạ nơtron. Do vậy, việc xây dựng nhóm nghiên cứu hiểu biết về phương pháp nhiễu xạ nơtron nhằm khai thác hiệu quả lò phản ứng hạt nhân mới là cần thiết. Thông qua đề tài này, bước đầu đã hình thành một tập thể nghiên cứu đa ngành (vật lý hạt nhân, vật lý chất rắn, khoa học vật liệu) gồm các thành viên đến từ các cơ quan khác nhau (Viện Vật lý, Viện Khoa học vật liệu, Đại học Thái Nguyên, Đại học Duy Tân, Đại học Đà Nẵng, Đại học Đà Lạt, Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông). Kết quả bước đầu này cần được củng cố và phát huy. Vì vậy, nhóm đề tài mong muốn tiếp tục nhận được sự quan tâm của Lãnh đạo Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Bộ Khoa học và Công nghệ để tài trợ tiếp hướng nghiên cứu này.