Sự phát triển của đo đạc thực nghiệm đòi hỏi những kỹ thuật tính toán mô phỏng được tính chất điện tử và truyền dẫn địa phương trong các linh kiện thực nhằm so sánh đối chiếu các kết quả thu được từ thực nghiệm và lý thuyết. Sự ra đời của graphene và các vật liệu hai chiều khác cũng như các dị cấu trúc của chúng đã mở ra một hướng mới trong việc phát triển các linh kiện điện tử thay thế vật liệu silic truyền thống. Với các vật liệu hai chiều, các loại kính hiển vi quét đầu dò như STM (Scanning Tunneling Microscope) và SGM (Scanning Gate Microscope) là các công cụ lý tưởng để nghiên cứu tính chất của điện tử. Đề tài “Phát triển các mô hình tính toán cho kính hiển vi quét đầu dò (STM/SGM) trong nghiên cứu tính chất điện tử và truyền dẫn địa phương của các linh kiện vật liệu hai chiều” có mục tiêu chính là xây dựng và phát triển các công cụ tính toán lý thuyết và mô phỏng phục vụ cho việc phân tích các bức tranh vật lý dẫn tới các kết quả đo đạc STM/SGM thu được trong thực nghiệm. Các công cụ này cũng cho phép thực hiện các nghiên cứu lý thuyết trên các cấu trúc mới để định hướng cho nghiên cứu thực nghiệm.

Về khoa học:
- Đầu tiên, đề tài đã xây dựng mô hình tính toán mô phỏng hoạt động của các hạt tải điện sử dụng mô hình liên kết chặt, và các đặc tính truyền dẫn dựa trên kỹ thuật hàm Green không cân bằng áp dụng cho kênh dẫn vật liệu graphene và các vật liệu hai chiều (cấu trúc tương tự graphene) có kích thước lớn, cỡ micrômét, như trong thực nghiệm. Các chương trình tính số được thiết lập và được tối ưu hoá và song song hoá chương trình tính toán trên hệ máy tính hiệu năng cao của Viện Vật lý và trung tâm tin học và tính toán VAST.
- Tiếp đó, đề tài đã khảo sát các tính chất điện tử và truyền dẫn địa phương của các linh kiện điện tử sử dụng vật liệu graphene làm kênh dẫn. Cụ thể, đề tài đã nghiên cứu các đại lượng truyền dẫn đặc trưng như độ dẫn và bức tranh mật độ trạng thái địa phương của điện tử của kênh dẫn graphene bubble. Ở đây, đề tài đã tập trung tiến hành nghiên cứu những bubble có bán kính R từ 30 nm đến 100 nm và độ cao h0 từ 2.5 nm đến 5.0 nm. Các kích thước đặc trưng này của bubble được đề xuất phù hợp với nghiên cứu thực nghiệm của nhóm tác giả Jia. P và các cộng sự đăng trên tạp chí nature communications. Kết quả cho thấy độ dẫn trong kênh dẫn bubble graphene có xu hướng giảm so với kênh dẫn graphene thông thường do vùng bubble đã hạn chế quá trình truyền dẫn của điện tử. Đặc biệt, chúng tôi đã quan sát được sự xuất hiện của các đỉnh cộng hưởng trong miền năng lượng thấp.
- Sau cùng, đề tài đã nghiên cứu các đại lượng truyền dẫn đặc trưng của kênh dẫn stacked graphene nanoribbons. Cụ thể, hệ hai lớp dải nanô graphene với kích thước khác nhau được nghiên cứu dưới tác động của điện trường ngoài. Kết quả cho thấy sự dao động của độ dẫn theo năng lượng Fermi với sự xuất hiện của các đỉnh (peaks) và các đáy/thung lũng (valleys). Hơn nữa, đề tài đã khảo sát bức tranh mật độ trạng thái địa phương để là rõ bức tranh truyền dẫn của điện tử. Các kết quả thu được đều minh chứng cho sự giao thoa lượng tử của điện tử (tương tự như giao thoa kế Fabry-Pérot nổi tiếng về sóng ánh sáng) khi chúng di chuyển dọc kênh dẫn trong cấu trúc nghiên cứu được đề xuất. Cuối cùng, đề tài đã tiến hành khảo sát sự phụ thuộc của giao thoa lượng tử vào các thông số đặc trưng như điện trường và độ rộng miền hoạt động (miền cavity) của kênh dẫn.

- Đề tài đã xây dựng thành công và tối ưu hoá mô hình tính toán cho hệ kênh dẫn có kích thước lớn phù hợp với thực nghiệm chế tạo.
- Sự giao thoa lượng tử của điện tử (tương tự sóng ánh sáng) được quan sát dưới tác động của điện trường ngoài. Thông thường, các hiện tượng giao thoa được quan sát dưới sự tác động của từ trường ngoài.

Sản phẩm của đề tài:

Công bố:
- 01 công bố trên tạp chí quốc gia:
Mai-Chung Nguyen et al, “Electron transport through experimentally controllable parabolic bubbles on graphene nanoribbons”, Communications in Physics, Vol. 32, No. 3 (2022), pp. 265-273. DOI: https://doi.org/10.15625/0868-3166/16763
- 01 công bố trên tạp chí quốc tế:
Mai-Chung Nguyen et al, “Quantum interference of electrons through electric-field-induced edge states in stacked graphene nanoribbons”, Physica Scripta, Vol. 97, No. 11 (2022), pp. 115814. DOI: https://doi.org/10.1088/1402-4896/ac9934