I. Giới thiệu và tính cấp thiết của luận án
Luận án tiến sĩ này tập trung vào nghiên cứu tính chất điện tử của vật liệu 2D monochalcogenide, một lĩnh vực đang thu hút sự quan tâm lớn trong khoa học vật liệu và vật lý vật liệu. Vật liệu 2D, đặc biệt là graphene, đã mở ra một hướng nghiên cứu mới với nhiều ứng dụng tiềm năng trong công nghệ vật liệu và điện tử học. Tuy nhiên, graphene có những hạn chế như thiếu vùng cấm, gây khó khăn trong việc ứng dụng vào các thiết bị điện tử. Vật liệu 2D monochalcogenide, đặc biệt là các hợp chất của nhóm III, được kỳ vọng sẽ khắc phục những hạn chế này nhờ các tính chất điện tử độc đáo và khả năng điều chỉnh vùng cấm. Luận án này nhằm mục đích khám phá và phân tích sâu hơn về tính chất điện tử của các vật liệu này, từ đó mở ra các hướng ứng dụng mới trong công nghệ bán dẫn và thiết bị điện tử.
1.1. Bối cảnh nghiên cứu
Kể từ khi graphene được phát hiện, các vật liệu 2D đã trở thành trọng tâm của nhiều nghiên cứu trong khoa học vật liệu. Tuy nhiên, graphene có những hạn chế như thiếu vùng cấm, gây khó khăn trong việc ứng dụng vào các thiết bị điện tử. Các vật liệu 2D monochalcogenide, đặc biệt là các hợp chất của nhóm III, được kỳ vọng sẽ khắc phục những hạn chế này nhờ các tính chất điện tử độc đáo và khả năng điều chỉnh vùng cấm. Luận án này tập trung vào việc nghiên cứu tính chất điện tử của các vật liệu này, từ đó mở ra các hướng ứng dụng mới trong công nghệ bán dẫn và thiết bị điện tử.
1.2. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu chính của luận án tiến sĩ này là sử dụng lý thuyết phiếm hàm mật độ để nghiên cứu tính chất điện tử của các vật liệu 2D monochalcogenide nhóm III, bao gồm các cấu trúc Janus và monochalcogenide. Các đặc trưng về cấu trúc, tính chất biến dạng, và ảnh hưởng của điện trường ngoài lên tính chất điện tử của các vật liệu này sẽ được phân tích chi tiết. Ngoài ra, luận án cũng tập trung vào việc nghiên cứu độ linh động của điện tử và các ứng dụng tiềm năng của các vật liệu này trong công nghệ bán dẫn.
II. Phương pháp nghiên cứu và đối tượng nghiên cứu
Luận án tiến sĩ này sử dụng lý thuyết phiếm hàm mật độ (DFT) để nghiên cứu tính chất điện tử của các vật liệu 2D monochalcogenide nhóm III. Các phương pháp tính toán bao gồm PBE, HSE06, và PBE+SOC để đảm bảo độ chính xác cao trong việc mô phỏng các tính chất điện tử. Đối tượng nghiên cứu chính là các vật liệu 2D monochalcogenide nhóm III như GaS, GaSe, InS, và InSe, cũng như các cấu trúc Janus như M2XY và GaInXO. Các tính chất cấu trúc, tính chất biến dạng, và ảnh hưởng của điện trường ngoài lên tính chất điện tử của các vật liệu này sẽ được phân tích chi tiết.
2.1. Phương pháp tính toán
Lý thuyết phiếm hàm mật độ (DFT) được sử dụng để nghiên cứu tính chất điện tử của các vật liệu 2D monochalcogenide. Các phương pháp tính toán bao gồm PBE, HSE06, và PBE+SOC để đảm bảo độ chính xác cao trong việc mô phỏng các tính chất điện tử. Các tính toán được thực hiện trên phần mềm Quantum Espresso, một công cụ mạnh mẽ trong việc mô phỏng các hệ thống vật liệu phức tạp.
2.2. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu chính của luận án tiến sĩ này là các vật liệu 2D monochalcogenide nhóm III như GaS, GaSe, InS, và InSe, cũng như các cấu trúc Janus như M2XY và GaInXO. Các vật liệu này được lựa chọn do các tính chất điện tử độc đáo và khả năng điều chỉnh vùng cấm, mở ra nhiều ứng dụng tiềm năng trong công nghệ bán dẫn và thiết bị điện tử.
III. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng
Luận án tiến sĩ này đã đạt được nhiều kết quả quan trọng trong việc nghiên cứu tính chất điện tử của các vật liệu 2D monochalcogenide nhóm III. Các kết quả cho thấy rằng các vật liệu này có vùng cấm có thể điều chỉnh được, phù hợp cho các ứng dụng trong công nghệ bán dẫn. Ngoài ra, các cấu trúc Janus như M2XY và GaInXO cũng thể hiện các tính chất điện tử độc đáo, đặc biệt là khả năng điều chỉnh vùng cấm thông qua biến dạng cơ học và điện trường ngoài. Những kết quả này mở ra nhiều hướng ứng dụng mới trong thiết bị điện tử và cảm biến.
3.1. Tính chất điện tử của vật liệu 2D monochalcogenide
Các kết quả nghiên cứu cho thấy rằng các vật liệu 2D monochalcogenide nhóm III như GaS, GaSe, InS, và InSe có vùng cấm có thể điều chỉnh được, phù hợp cho các ứng dụng trong công nghệ bán dẫn. Các tính toán sử dụng lý thuyết phiếm hàm mật độ (DFT) đã xác nhận rằng các vật liệu này có thể được sử dụng trong các thiết bị điện tử hiệu suất cao.
3.2. Ứng dụng của vật liệu 2D monochalcogenide
Các vật liệu 2D monochalcogenide nhóm III và các cấu trúc Janus như M2XY và GaInXO có nhiều ứng dụng tiềm năng trong công nghệ bán dẫn và thiết bị điện tử. Các kết quả nghiên cứu cho thấy rằng các vật liệu này có thể được sử dụng trong các thiết bị cảm biến, pin mặt trời, và các linh kiện điện tử khác. Khả năng điều chỉnh vùng cấm thông qua biến dạng cơ học và điện trường ngoài mở ra nhiều hướng ứng dụng mới trong tương lai.
