Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong những năm gần đây, khoa học và công nghệ nano tập trung mạnh mẽ vào xu hướng giảm kích thước vật liệu từ dạng khối (bulk) xuống màng mỏng hai chiều (2D) có độ dày ở cấp độ nguyên tử. Sau sự phát triển của các cấu trúc 2D đối xứng như graphene hay dichalcogenide kim loại chuyển tiếp (TMDs), nhóm vật liệu 2D Janus (được đặt tên theo vị thần La Mã hai mặt Janus) thu hút sự quan tâm đặc biệt nhờ cấu trúc bất đối xứng hóa học giữa hai bề mặt trên và dưới. Sự phá vỡ tính đối xứng gương ngoài mặt phẳng (out-of-plane) tạo ra điện trường nội tại vuông góc, làm xuất hiện nhiều hiệu ứng lượng tử mới lạ như sự phân tách spin Rashba, hiệu ứng áp điện dọc, khả năng tách nước quang xúc tác và điều khiển spin bằng điện trường.

Trong nhóm vật liệu từ tính 2D, các dihalide kim loại chuyển tiếp gốc Niken ($NiX_2$ với $X = Cl, Br, I$) sở hữu cấu trúc bát diện $1\text{-}T$ với trật tự sắt từ nội tại bền vững, mở ra tiềm năng lớn cho các thiết bị điện tử học spin (spintronics), bộ nhớ từ và điều khiển lượng tử. Nhằm khai phá các tính chất mới nảy sinh từ sự bất đối xứng bề mặt, đề tài khóa luận tập trung thiết kế và khảo sát hệ vật liệu đơn lớp Janus $NiBrI$ phát triển từ nền tảng đơn lớp $NiBr_2$.

Nhiệm vụ và nội dung nghiên cứu của khóa luận được xác định cụ thể theo 3 phần chính:

  1. Chương 1: Trình bày cơ sở lý thuyết phiếm hàm mật độ (DFT), phương trình Schrödinger nhiều hạt, phương pháp tự hợp Hartree-Fock/Kohn-Sham và các hàm xấp xỉ trao đổi - tương quan.
  2. Chương 2: Tổng quan cấu trúc tinh thể, tính chất điện, từ tính của nhóm vật liệu 2D $MX_2$, $NiBr_2$, nhóm Janus $MXX'$ và $NiBrI$, kết hợp đối chiếu các kết quả thực nghiệm lắng đọng màng $NiBr_2$ trên đế $Au(111)$.
  3. Chương 3: Mô phỏng tính toán cấu trúc hình học, cấu trúc vùng năng lượng, mật độ trạng thái (DOS/PDOS) và trạng thái spin của đơn lớp $NiBr_2$ cùng đơn lớp Janus $NiBrI$; khảo sát sự biến đổi tính chất điện - từ dưới tác động của điện trường ngoài, biến dạng cơ học (strain) và pha tạp điện tích.

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là cấu trúc hình học, tính chất điện và trạng thái từ tính của màng đơn lớp $NiBr_2$ và màng đơn lớp Janus $NiBrI$. Phạm vi nghiên cứu giới hạn trong phương pháp mô phỏng tính toán từ nguyên lý ban đầu (ab initio) trên phần mềm chuyên dụng, với các điều kiện khảo sát gồm điện trường ngoài đặt dọc theo trục đối xứng (từ $-4\text{ V/nm}$ đến $4\text{ V/nm}$), biến dạng mạng phẳng (từ $-4%$ nén đến $+4%$ giãn) và pha tạp điện tích.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận xây dựng trên khung lý thuyết cơ học lượng tử nhiều hạt và lý thuyết phiếm hàm mật độ (Density Functional Theory - DFT):

  • Phương trình Schrödinger không phụ thuộc thời gian và phép gần đúng Born - Oppenheimer: Phép gần đúng tách biệt chuyển động của hạt nhân và electron dựa trên tỷ lệ khối lượng hạt nhân lớn hơn electron trên 1800 lần, cho phép giải hệ phương trình electron trên nền thế tĩnh của các hạt nhân cố định.
  • Hai định lý nền tảng Hohenberg - Kohn (1964): Định lý thứ nhất khẳng định năng lượng trạng thái cơ bản là một phiếm hàm duy nhất của mật độ electron $n(\mathbf{r})$ trong không gian 3 chiều (thay vì hàm sóng $3N$ chiều). Định lý thứ hai xác lập nguyên lý biến phân: mật độ electron thực tế tại trạng thái cơ bản sẽ làm cực tiểu hóa tổng năng lượng của hệ.
  • Hệ phương trình Kohn - Sham và phương pháp trường tự hợp (Self-Consistent Field - SCF): Quy trình lặp tự hợp giải hệ phương trình một hạt để xác định mật độ electron trạng thái cơ bản $n_{KS}(\mathbf{r})$, thông qua việc tính toán thế Hartree $V_H(\mathbf{r})$ và thế tương quan - trao đổi $V_{XC}(\mathbf{r})$.
  • Các hàm phiếm hàm tương quan trao đổi: Phương pháp xấp xỉ mật độ địa phương (LDA) dựa trên khí electron đồng nhất; phương pháp xấp xỉ gradient tổng quát (GGA) với các phiếm hàm Perdew - Wang (PW91), Perdew - Burke - Ernzerhof (PBE); và phương pháp hiệu chỉnh năng lượng tương quan mạnh $GGA+U$ (thuyết Hubbard) nhằm mô tả chính xác tương tác định vị của các electron phân lớp $3d$ của kim loại chuyển tiếp Niken ($U_{eff} = 4\text{ eV}$).
  • Mô hình tương tác từ tính: Sử dụng mô hình quy tắc Goodenough - Kanamori - Anderson (GKA) để phân tích cơ chế siêu trao đổi qua cầu nối anion halogen với góc liên kết xấp xỉ $90^\circ$; mô hình Ising và Heisenberg cổ điển để xác định tham số tích phân trao đổi $J$ cùng nhiệt độ Curie ($T_C$).

Phương pháp nghiên cứu thực tế được triển khai hoàn toàn bằng mô phỏng tính toán số ab initio trên gói phần mềm mã nguồn mở Quantum ESPRESSO, sử dụng hệ cơ sở sóng phẳng kết hợp với phương pháp sóng phẳng tăng cường (PAW) hoặc giả thế chuẩn. Dữ liệu đầu vào và các phép đối chiếu được trích xuất từ dữ liệu cấu trúc tinh thể thực nghiệm, hình ảnh kính hiển vi quét xuyên hầm (STM) và phổ quét xuyên hầm (STS) của màng $NiBr_2$ trên đế kim loại $Au(111)$.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Cơ sở lí thuyết về phiếm hàm mật độ (DFT)

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở toán - lý lượng tử cho việc giải bài toán cấu trúc điện tử của vật liệu chất rắn:

  • Phân tích sự chuyển đổi từ bài toán phương trình Schrödinger đầy đủ của hệ $N$ electron sang phương pháp tiệm cận trường tự hợp Hartree và định thức Slater nhằm thỏa mãn nguyên lý loại trừ Pauli cho các fermion.
  • Trình bày chi tiết hai định lý Hohenberg - Kohn, giải thích cách thức giảm số biến tính toán từ $3N$ tọa độ hàm sóng xuống còn 3 tọa độ của hàm mật độ điện tích $n(\mathbf{r})$.
  • Thiết lập hệ phương trình Kohn - Sham và mô tả thuật toán tự hợp (SCF) qua 4 bước: khởi tạo mật độ thử nghiệm $n(\mathbf{r})$, giải phương trình tìm hàm sóng đơn hạt $\psi_i(\mathbf{r})$, tính lại mật độ $n_{KS}(\mathbf{r})$, so sánh độ hội tụ để xác định cấu hình năng lượng trạng thái cơ bản.
  • Trình bày nguyên lý xây dựng thế tương quan trao đổi $V_{XC}$, phân biệt phạm vi ứng dụng và sai số của các phép xấp xỉ LDA, GGA (PBE, PW91) và sự cần thiết của tham số hiệu chỉnh Hubbard $U$ khi xử lý tương tác Coulomb cục bộ của orbital $d$ trong vật liệu từ tính.

Chương 2: Các tính chất cơ bản của vật liệu MX2 và MXY

Chương 2 tổng hợp bức tranh tổng quan về cấu trúc, điện tử và từ tính của nhóm dihalide kim loại chuyển tiếp $MX_2$ và các biến thể Janus $MXY$:

  • Cấu trúc tinh thể $MX_2$: Khảo sát các pha $1\text{-}T$, $1\text{-}H$ và $1\text{-}T'$. Kết quả tính toán năng lượng tương đối ($\Delta E = E_H - E_T > 0$) khẳng định pha bát diện $1\text{-}T$ (nhóm không gian đối xứng $C_{3v}$ hoặc $CdI_2/CdCl_2$) là pha bền vững nhất ở trạng thái cơ bản. Năng lượng hình thành $E_{form}$ mang giá trị âm sâu (từ $-0,83\text{ eV}$ đến $-4,66\text{ eV}$), chứng minh độ ổn định nhiệt động học cao.
  • Quy luật điện - từ và tương tác siêu trao đổi: Phân tích trật tự từ tính theo quy tắc GKA. Khi góc liên kết $M\text{-}X\text{-}M \approx 90^\circ$, tương tác siêu trao đổi giữa các orbital $d$ qua orbital $p$ của halogen mang tính sắt từ (FM). Các hợp chất $FeX_2$, $CoX_2$, $NiX_2$ có trạng thái cơ bản là FM, trong khi $VX_2$, $CrX_2$, $MnX_2$ ưu tiên cấu hình phản sắt từ (AFM). Tổng moment từ biến thiên theo dạng đường cong "núi lửa", đạt đỉnh $5\mu_B$ ở $MnX_2$ và đạt xấp xỉ $2\mu_B$ ở $NiX_2$.
  • Đặc trưng đơn lớp $NiBr_2$:
    • Thông số mạng tối ưu hóa: Hằng số mạng $a = 3,70\text{ \AA}$ (gần sát giá trị khối $3,72\text{ \AA}$), bề dày đơn lớp đạt $2,85\text{ \AA}$ (so với $2,87\text{ \AA}$ ở dạng khối), góc liên kết $Br\text{-}Ni\text{-}Br = 92,17^\circ$.
    • Ổn định động học: Đường cong tán sắc phonon gồm 9 nhánh (3 âm học, 6 quang học) không xuất hiện tần số ảo âm.
    • Từ tính: Cấu hình FM ổn định hơn AFM với độ chênh lệch năng lượng $\Delta E = E_{AFM} - E_{FM} = 71\text{ meV}$. Moment từ tổng trong ô đơn vị là $1,88\mu_B$ (nguyên tử $Ni$ đóng góp $1,50\mu_B$, mỗi nguyên tử $Br$ đóng góp $0,18\mu_B$). Tích phân trao đổi $J = 1,94\text{ meV}$, nhiệt độ Curie ước tính $T_C = 136\text{ K}$.
    • Cấu trúc vùng năng lượng: Là chất bán dẫn vùng cấm gián tiếp với cực tiểu vùng dẫn (CBM) nằm giữa điểm $M\text{-}\Gamma$ và cực đại vùng hóa trị (VBM) tại điểm $\Gamma$. Khi tính DFT thuần, độ rộng vùng cấm $E_g = 0,762\text{ eV}$ (không có tương tác spin-orbital - SOC) và $0,665\text{ eV}$ (khi có SOC). Khi hiệu chỉnh $GGA+U$ ($U_{eff} = 4\text{ eV}$), độ rộng vùng cấm đạt $1,97\text{ eV}$ (không SOC) và $1,82\text{ eV}$ (có SOC).
    • Tác động của điện trường: Làm suy giảm độ rộng vùng cấm tuyến tính và thúc đẩy chuyển pha từ bán dẫn sang kim loại, đồng thời gây phân tách spin tại CBM ($52,80\text{ meV}$) và VBM ($114,3\text{ meV}$) ở cường độ điện trường $2,5\text{ V/\AA}$.
    • Bằng chứng thực nghiệm: Dữ liệu ảnh STM và phổ STS của màng $NiBr_2$ trên $Au(111)$ chỉ ra cấu trúc siêu mạng với chu kỳ nguyên tử $3,6\text{ \AA}$ và khoảng cách vùng cấm của đa lớp đạt khoảng $4\text{ eV}$ do hiệu ứng sàng lọc giảm dần từ chất nền kim loại.
  • Tổng quan nhóm Janus $MXX'$: Phân tích cơ chế phá vỡ tính đối xứng phản xạ gương ngang khi thay thế một lớp nguyên tử halogen/chalcogen bằng nguyên tử khác loại, tạo ra momen lưỡng cực vuông góc nội tại, hiện tượng tách spin Rashba và độ bền cấu trúc cao (năng lượng hình thành sắp xếp theo thứ tự $TM\text{-}S > TM\text{-}Se > TM\text{-}Te$).

Chương 3: Khảo sát tính chất cơ điện của vật liệu Janus 2D NiBrI dựa trên cấu trúc NiBr2 bằng phương pháp mô phỏng sử dụng lí thuyết phiếm hàm mật độ DFT

Chương 3 trình bày các kết quả mô phỏng chuyên sâu trên hệ đơn lớp Janus $NiBrI$:

  • Mô hình hóa cấu trúc: Cấu trúc Janus $NiBrI$ được tạo lập từ việc thay thế hoàn toàn một mặt nguyên tử $Br$ bằng nguyên tử $I$ trong đơn lớp $NiBr_2$, duy trì mạng lục giác bát diện bất đối xứng.
  • Ảnh hưởng của điện trường ngoài: Khảo sát dải điện trường từ $-4\text{ V/nm}$ đến $4\text{ V/nm}$. Sự chênh lệch thế điện trường ngoài tương tác với momen lưỡng cực nội tại làm biến đổi cấu trúc dải năng lượng (Band structure), điều chỉnh độ rộng vùng cấm ($E_{gap}$) và làm thay đổi độ phân tách năng lượng giữa hai trạng thái spin $\Delta E = E_{spin\text{-}up} - E_{spin\text{-}down}$.
  • Ảnh hưởng của biến dạng cơ học (Strain): Đặt ứng suất biến dạng phẳng hai trục ở các mức $-4%$ (nén), $0%$ (cân bằng) và $+4%$ (giãn). Biến dạng nén và giãn làm thay đổi trực tiếp độ dài liên kết $Ni\text{-}Br$, $Ni\text{-}I$ và góc liên kết $Br\text{-}Ni\text{-}I$, dẫn đến sự dịch chuyển vị trí CBM, VBM, điều biến độ rộng vùng cấm và năng lượng tương tác trao đổi spin.
  • Ảnh hưởng của pha tạp điện tích: Mô phỏng thêm điện tích vào ô mạng (khảo sát từ $-0,50e$). Kết quả cho thấy pha tạp điện tích không làm đảo lộn trạng thái spin cơ bản hay phá hủy vùng cấm, nhưng làm dịch chuyển mức năng lượng Fermi tương đối và làm biến dạng các nhánh năng lượng xung quanh khe dải dẫn.

Kết quả và đóng góp

1. Tổng hợp các thông số định lượng cốt lõi

Đại lượng / Thuộc tính Đơn lớp $NiBr_2$ (Mô phỏng DFT) Trạng thái khối $NiBr_2$ Đơn lớp Janus $NiBrI$
Hằng số mạng ($a = b$) $3,70\text{ \AA}$ $3,72\text{ \AA}$ Biến thiên theo bán kính ion giữa $Br$ và $I$
Bề dày mặt phẳng halogen $2,85\text{ \AA}$ $2,87\text{ \AA}$ $d_{Br\text{-}I}$ bất đối xứng
Góc liên kết $92,17^\circ$ ($Br\text{-}Ni\text{-}Br$) $92,10^\circ$ Phân tách thành góc $Ni\text{-}Br\text{-}Ni$ và $Ni\text{-}I\text{-}Ni$
Trật tự từ trạng thái cơ bản Sắt từ (FM) Sắt từ / Helimagnetic Sắt từ (FM)
Chênh lệch năng lượng $\Delta E_{AFM-FM}$ $71\text{ meV}$ - Phụ thuộc điện trường và biến dạng
Moment từ tổng ô mạng $1,88\mu_B$ - Đóng góp chủ yếu từ ion $Ni^{2+}$
Tích phân trao đổi $J$ & Nhiệt độ $T_C$ $J = 1,94\text{ meV}$; $T_C = 136\text{ K}$ - $T_C$ cao hơn đơn lớp $CrBr_3$ ($86\text{ K}$)
Độ rộng vùng cấm $E_g$ (DFT / GGA+U) $0,762\text{ eV}$ (GGA) / $1,97\text{ eV}$ (GGA+U) - Giảm xấp xỉ một nửa so với $NiBr_2$
Phân tách spin tại $E = 2,5\text{ V/\AA}$ $52,80\text{ meV}$ (CBM); $114,3\text{ meV}$ (VBM) - Thể hiện rõ hiệu ứng phân tách Rashba

2. Đóng góp khoa học của đề tài

  • Chứng minh thành công tính khả thi và độ ổn định nhiệt động học của vật liệu đơn lớp bát diện Janus $NiBrI$ được thiết kế từ cấu trúc mẹ $NiBr_2$.
  • Xác lập quy luật điều khiển trạng thái spin và cấu trúc điện tử lượng tử: chứng minh trạng thái spin và vùng cấm của hệ màng đơn lớp Janus $NiBrI$ có thể điều chỉnh liên tục thông qua việc áp điện trường ngoài và áp dụng biến dạng cơ học (nén/giãn mạng).
  • Cung cấp bộ dữ liệu tính toán ab initio có độ tin cậy cao, đóng góp kết quả vào bài báo khoa học đã được công bố trên tạp chí quốc tế thuộc danh mục Scopus.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận và biên bản đánh giá phản biện ghi nhận các hạn chế và vấn đề học thuật cần tiếp tục làm rõ:

  • Cơ chế dịch chuyển mức năng lượng khi thay thế nguyên tử: Khi thay thế $Br$ bằng $I$, độ rộng vùng cấm của $NiBrI$ giảm xấp xỉ một nửa so với $NiBr_2$ và mức Fermi dịch chuyển từ gần CBM sang gần VBM. Vai trò lai hóa orbital của ion Iod ($I$) có bán kính lớn hơn và độ âm điện thấp hơn cần được phân tích sâu hơn về mặt mật độ trạng thái riêng (PDOS).
  • Mô phỏng pha tạp so với thực nghiệm: Nghiên cứu hiện tại mô phỏng pha tạp bằng cách thêm trực tiếp điện tích thuần vào cấu trúc ô mạng. Trong thực nghiệm chế tạo bán dẫn loại n hoặc loại p, cần xác định rõ nguyên tố pha tạp thay thế, đồng thời tính toán năng lượng ion hóa điện tử hoặc lỗ trống của tạp chất bằng các kỹ thuật siêu ô (supercell) mở rộng trong DFT.
  • Cơ sở lý thuyết về biến dạng cơ học: Cần bổ sung các mô hình lý thuyết trường tinh thể và biến dạng mạng để giải thích định lượng nguyên nhân làm dịch chuyển đỉnh dải hóa trị và đáy dải dẫn khi hệ chịu ứng suất nén/giãn phẳng (strain/stress).

Giá trị tham khảo

Bản khóa luận là tài liệu tham khảo chuyên khảo hữu ích cho:

  • Sinh viên và học viên cao học ngành Công nghệ Vật liệu, Khoa học Vật liệu, Vật lý Kỹ thuật và Hóa học Tính toán: Cung cấp tài liệu tổng quan mạch lạc về cấu trúc tinh thể, trật tự từ tính 2D và họ vật liệu cấu trúc bất đối xứng Janus $MXX'$.
  • Người nghiên cứu mô phỏng vật liệu lượng tử (Computational Materials Science): Tham khảo chi tiết quy trình thiết lập bài toán tính toán phiếm hàm mật độ từ nguyên lý ban đầu, cách áp dụng hiệu chỉnh tương quan mạnh $GGA+U$ cho kim loại chuyển tiếp trên phần mềm Quantum ESPRESSO, cũng như phương pháp mô phỏng các kích thích bên ngoài (điện trường, biến dạng mạng, pha tạp điện tích).
  • Các nhóm nghiên cứu thực nghiệm spintronics và vật liệu nano: Cung cấp thông số cấu trúc, phổ tán sắc phonon và dự đoán vùng cấm làm mốc đối chuẩn cho các thực nghiệm tổng hợp màng mỏng bằng phương pháp bóc tách cơ học hoặc lắng đọng hơi hóa học (CVD).

Câu hỏi thường gặp

1. Vì sao pha cấu trúc $1\text{-}T$ lại bền vững hơn pha $1\text{-}H$ trong đơn lớp dihalide $NiBr_2$?
Kết quả tính toán chênh lệch năng lượng $\Delta E = E_H - E_T$ cho thấy tất cả các giá trị năng lượng tương đối đều mang dấu dương. Trong cấu trúc $1\text{-}T$, mỗi nguyên tử Niken liên kết phối trí với 6 nguyên tử Brom lân cận tạo thành hình học bát diện $[NiBr_6]^{4-}$ đối xứng $C_{3v}$, tối ưu hóa lực đẩy Coulomb và lực liên kết hóa học, giúp hệ đạt mức năng lượng trạng thái cơ bản thấp nhất.

2. Tại sao tương tác từ tính trong đơn lớp $NiBr_2$ lại ưu tiên trạng thái sắt từ (FM) thay vì phản sắt từ (AFM)?
Theo quy tắc Goodenough - Kanamori - Anderson (GKA), trong cấu trúc $1\text{-}T$ có góc liên kết $Br\text{-}Ni\text{-}Br \approx 90^\circ$, các orbital $d$ của ion $Ni^{2+}$ lân cận xen phủ trực giao với các orbital $p$ khác nhau của cầu nối halogen $Br^-$. Sự trực giao này triệt tiêu đóng góp phản sắt từ của tương tác trao đổi trực tiếp, làm cho tương tác siêu trao đổi gián tiếp mang tính sắt từ chiếm ưu thế tuyệt đối.

3. Vì sao phải sử dụng phương pháp hiệu chỉnh $GGA+U$ (Hubbard $U$) khi tính toán cấu trúc dải năng lượng của $NiBr_2$ và $NiBrI$?
Các phiếm hàm LDA hay GGA thuần túy thường đánh giá thấp năng lượng đẩy Coulomb nội tại giữa các electron định vị cao trong phân lớp $3d$ của ion kim loại chuyển tiếp Niken, dẫn đến việc tính toán sai lệch độ rộng vùng cấm. Việc bổ sung tham số Hubbard $U_{eff} = 4\text{ eV}$ giúp mô tả chính xác sự phân tách mức năng lượng của các orbital $e_g$ và $t_{2g}$, đưa giá trị vùng cấm từ $0,762\text{ eV}$ (ở mức GGA) lên $1,97\text{ eV}$ (ở mức $GGA+U$), phù hợp với bản chất chất bán dẫn từ tính.

4. Khi áp điện trường ngoài vuông góc lên màng đơn lớp $NiBr_2$, tính chất điện tử biến đổi như thế nào?
Dưới tác dụng của điện trường ngoài tăng dần, khoảng cách vùng năng lượng gián tiếp giữa CBM và VBM bị thu hẹp tuyến tính và tiến dần về $0$, dẫn đến sự chuyển pha từ trạng thái bán dẫn sang trạng thái kim loại. Đồng thời, điện trường phá vỡ tính đối xứng đảo ngược không gian, gây ra hiện tượng phân tách spin đáng kể tại đáy vùng dẫn ($52,80\text{ meV}$) và đỉnh vùng hóa trị ($114,3\text{ meV}$) ở mức điện trường $2,5\text{ V/\AA}$.

5. Sự khác biệt giữa tác động của biến dạng cơ học (strain) và pha tạp điện tích lên đơn lớp Janus $NiBrI$ là gì?
Biến dạng cơ học (nén/giãn mạng $\pm 4%$) tác động trực tiếp lên độ dài và góc liên kết nguyên tử, làm thay đổi mạnh mẽ độ rộng vùng cấm $E_g$ và hiệu năng lượng spin $\Delta E = E_{spin\text{-}up} - E_{spin\text{-}down}$. Ngược lại, pha tạp điện tích (thêm/bớt điện tích ô mạng) làm dịch chuyển mức năng lượng Fermi tương đối và làm biến dạng hình học của các dải năng lượng xung quanh mức Fermi nhưng không làm biến đổi trạng thái spin và độ rộng vùng cấm cơ bản của vật liệu.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Võ Phương Bình đã thực hiện thành công nghiên cứu mô phỏng ab initio dựa trên lý thuyết phiếm hàm mật độ (DFT) kết hợp hiệu chỉnh $GGA+U$ để khảo sát cấu trúc và tính chất điện - từ của đơn lớp từ tính $NiBr_2$ và đơn lớp Janus bất đối xứng $NiBrI$. Kết quả nghiên cứu khẳng định độ ổn định động học, trật tự sắt từ bền vững và khả năng điều khiển linh hoạt cấu trúc dải năng lượng cùng trạng thái phân cực spin thông qua điện trường ngoài và biến dạng mạng. Công trình cung cấp hệ thống dữ liệu có giá trị khoa học cao, đóng góp thiết thực cho định hướng phát triển các linh kiện điện tử học spin và công nghệ điều khiển lượng tử trên nền tảng vật liệu 2D thế hệ mới.