Luận án tiến sĩ vật lý tính chất truyền dẫn quang từ và tính chất nhiệt của các

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TRẦN NGỌC BÍCH TÍNH CHẤT TRUYỀN DẪN QUANG-TỪ VÀ TÍNH CHẤT NHIỆT CỦA CÁC BÁN DẪN HỌ DICHALCOGENIDES KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ Huế, 2022 ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TRẦN NGỌC BÍCH TÍNH CHẤT TRUYỀN DẪN QUANG-TỪ VÀ TÍNH CHẤT NHIỆT CỦA CÁC BÁN DẪN HỌ DICHALCOGENIDES KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP Chuyên ngành: Vật lý lý thuyết và vật lý toán Mã số: 9 44 01 03 LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. HUỲNH VĨNH PHÚC 2. LÊ ĐÌNH Huế, 2022 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan các kết quả trình bày trong luận án là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn của các cán bộ hướng dẫn. Các số liệu, kết quả trình bày trong luận án hoàn toàn trung thực và chưa được công bố trong các công trình trước đây.

Các dữ liệu tham khảo được trích dẫn đầy đủ. Tác giả luận án Trần Ngọc Bích i LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Phòng Đào tạo Sau Đại học, Ban lãnh đạo Khoa Vật lý, Trường Đại học Sư Phạm, Đại học Huế đã tạo điều kiện học tập và nghiên cứu thuận lợi, giúp tôi hoàn thành chương trình học tập nghiên cứu sinh và hoàn thành luận án này. Tôi xin gửi lời tri ân các Thầy, Cô bộ môn Vật lý lý thuyết, Khoa Vật lý Trường Đại học Sư phạm, Đại học Huế đã giảng dạy, truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm quý báu trong học tập và nghiên cứu khoa học, giúp tôi hoàn thiện bản thân hơn qua khóa học nghiên cứu sinh này. Đặc biệt, tôi xin bày tỏ sự kính trọng và lòng biết ơn sâu sắc đến hai Thầy giáo hướng dẫn: PGS.

Lê Đình và PGS. Huỳnh Vĩnh Phúc. Hai Thầy đã tận tình hướng dẫn, định hướng, dìu dắt tôi từng bước một, động viên, giúp đỡ, truyền đạt kiến thức và kinh nghiệm quý báu cho tôi trong quá trình nghiên cứu để tôi có thể đạt được kết quả luận án này và lớn hơn là sự trưởng thành hơn trong nghiên cứu khoa học cũng như trong công việc và cuộc sống. Tôi xin trân trọng cảm ơn Tập đoàn Vingroup và Chương trình học bổng đào tạo thạc sĩ, tiến sĩ trong nước của Quỹ Đổi mới sáng tạo Vingroup, Viện Nghiên cứu Dữ liệu lớn đã tài trợ học bổng cho tôi trong hai năm 2020 và 2021.

Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu, Ban lãnh đạo Khoa Khoa học cơ bản, Trường Đại học Quảng Bình nơi tôi công tác, đã tạo điều kiện thuận lợi, động viên và giúp đỡ tôi hoàn thành khóa học nghiên cứu sinh này. Xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cô, anh chị trong nhóm nghiên cứu của hai Thầy giáo hướng dẫn, anh chị em đồng nghiệp ở Trường Đại học Quảng Bình, anh chị em nghiên cứu sinh các khóa đã đồng hành, giúp đỡ, động viên tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu đề tài luận án. ii Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn đại gia đình của tôi đã luôn bên cạnh, yêu thương, động viên, ủng hộ, đồng hành để tôi yên tâm học tập, hoàn thành khóa học nghiên cứu sinh và hoàn thành luận án này. Tôi xin bày tỏ sự biết ơn và trân trọng.

Nghiên cứu sinh Trần Ngọc Bích được tài trợ bởi Tập đoàn Vingroup và hỗ trợ bởi chương trình học bổng đào tạo thạc sĩ, tiến sĩ trong nước năm 2020 và năm 2021 của Quỹ Đổi mới sáng tạo Vingroup (VINIF), Viện Nghiên cứu Dữ liệu lớn (VinBigdata), mã số VINIF. Tác giả luận án Trần Ngọc Bích iii MỤC LỤC Lời cam đoan. ii Mục lục. vi Danh mục các từ viết tắt.

vii Danh mục các hình vẽ. xii Danh mục các bảng biểu. xiii MỞ ĐẦU. TỔNG QUAN VỀ ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 10 1.1 Tổng quan về các bán dẫn họ dichalcogenides kim loại chuyển tiếp 10 1.1 Giới thiệu về các vật liệu bán dẫn họ dichalcogenides kim loại chuyển tiếp .2 Hàm sóng và phổ năng lượng của electron trong các bán dẫn TMDC đơn lớp .3 Biểu thức Hamiltonian tương tác electron-phonon trong các bán dẫn TMDC đơn lớp .4 Phonon trong các bán dẫn TMDC đơn lớp .2 Tổng quan về các tính chất truyền dẫn quang-từ .1 Hệ số hấp thụ quang-từ dưới ảnh hưởng của tương tác electron-phonon .2 Độ rộng phổ hấp thụ.

Phương pháp profile .3 Hệ số hấp thụ quang-từ và độ thay đổi chiết suất tuyến tính và phi tuyến .3 Tổng quan về các tính chất nhiệt .1 Tốc độ mất mát năng lượng của electron .2 Công suất nhiệt-từ gây bởi hiệu ứng phonon-kéo .4 Kết luận chương 1. TÍNH CHẤT HẤP THỤ QUANG-TỪ CỦA CÁC BÁN DẪN HỌ DICHALCOGENIDES KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP ĐƠN LỚP DƯỚI ẢNH HƯỞNG CỦA TƯƠNG TÁC ELECTRON-PHONON 53 2.1 Biểu thức giải tích của hệ số hấp thụ quang-từ dưới ảnh hưởng của tương tác electron-phonon quang .2 Biểu thức giải tích của hệ số hấp thụ quang-từ dưới ảnh hưởng của tương tác electron-phonon âm .3 Kết quả tính số và thảo luận .1 Phương pháp tính số .2 Khảo sát hệ số hấp thụ quang-từ .3 Khảo sát độ rộng phổ hấp thụ .4 Kết luận chương 2. TÍNH CHẤT HẤP THỤ QUANG-TỪ TUYẾN TÍNH VÀ PHI TUYẾN CỦA CÁC BÁN DẪN HỌ DICHALCO- GENIDES KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP ĐƠN LỚP 68 3.1 Biểu thức giải tích của hệ số hấp thụ quang-từ tuyến tính và phi tuyến .2 Biểu thức giải tích của độ thay đổi chiết suất tuyến tính và phi tuyến .3 Kết quả tính số và thảo luận .1 Hấp thụ quang-từ nội vùng .2 Hấp thụ quang-từ liên vùng .4 Kết luận chương 3. TÍNH CHẤT NHIỆT CỦA CÁC BÁN DẪN HỌ DICHALCO- GENIDES KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP ĐƠN LỚP 85 4.1 Tốc độ mất mát năng lượng của electron dưới ảnh hưởng của tương tác electron-phonon .1 Biểu thức giải tích của tốc độ mất mát năng lượng của electron .2 Kết quả tính số và thảo luận .2 Công suất nhiệt-từ gây ra bởi hiệu ứng phonon-kéo .1 Biểu thức giải tích của công suất nhiệt-từ .2 Kết quả tính số và thảo luận .3 Kết luận chương 4.

109 KẾT LUẬN CHUNG 111 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC 113 TÀI LIỆU THAM KHẢO 115 PHỤ LỤC P1 vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt 2D 2 Dimensions Hai chiều 2DEG 2-Dimensional Electron Gas Khí điện tử hai chiều AC Acoustic Âm học ADP Acoustic Deformation Potential Thế biến dạng âm học BG Bloch-Grüneisen Bloch-Grüneisen DoS Density of States Mật độ trạng thái DP Deformation Potential Thế biến dạng ELR Energy-Loss Rate Tốc độ mất mát năng lượng FWHM Full-Width at Half-Maximum Độ rộng phổ toàn phần tại nửa cực đại HP HomoPolar Đơn cực LA Longitudinal Acoustic Âm dọc LO Longitudial Optical Quang dọc MOAC Magneto-Optical Absorption Coefficient Hệ số hấp thụ quang-từ OAC Optical Absorption Coefficient Hệ số hấp thụ quang ODP Optical Deformation Potential Thế biến dạng quang học OP Optical Quang học PE Piezo-Electric Áp điện RIC Refractive Index Change Độ thay đổi chiết suất TA Transverse Acoustic Âm ngang TMDC Transition-Metal Dichalcogenides Kim loại chuyển tiếp nhóm dichalcogenides TO Transverse Optical Quang ngang vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Mô hình MX2 đơn lớp.2 Sự phụ thuộc vào từ trường của các mức Landau trong TMDC đơn lớp, khi có điện trường e∆z = 37.75 meV/d đặt vào và các trường Zeeman spin và vùng. Các hình phía trên: (a), (c), (e), (g) và các hình phía dưới: (b), (d), (f), (h) tương ứng biểu diễn vùng dẫn và vùng hóa trị của từng vật liệu.3 Độ rộng vạch phổ được tính từ đồ thị của hệ số hấp thụ phụ thuộc vào năng lượng photon.1 Sự phụ thuộc vào năng lượng photon của MOAC trong TMDC đơn lớp dưới ảnh hưởng của tương tác electron-phonon âm và quang ứng với các giá trị từ trường khác nhau. Kết quả được tính tại T = 4 K, e∆z = 37.75 meV/d, spin hướng lên và Zs , Zv 6= 0. Các kí hiệu "ac" và "op" tương ứng chỉ tán xạ phonon âm và quang.2 Sự phụ thuộc vào nhiệt độ của giá trị đỉnh MOAC trong TMDC đơn lớp gây bởi tán xạ phonon âm (kí hiệu "ac"), phonon quang (kí hiệu "op") và tán xạ tạp chất (kí hiệu "im" với hệ số 104 ).

Kết quả được tính tại B = 10 T, e∆z = 37.75 meV/d, spin hướng lên và Zs , Zv 6= 0.3 Sự phụ thuộc vào từ trường của FWHM của các đỉnh cộng hưởng trên hình 2.4 Sự phụ thuộc vào nhiệt độ của FWHM gây bởi tán xạ phonon trong các vật liệu TMDC. Kết quả được tính trong trường hợp e∆z = 37.75 meV/d, spin hướng lên, Zs , Zv 6= 0 và B = 10 T.1 Sự phụ thuộc vào năng lượng photon của MOAC trong TMDC đơn lớp gây ra bởi các dịch chuyển nội vùng dẫn trong điều kiện d∆z = 0 và B = 10 T ứng với spin hướng lên và hướng xuống. Các hình (a), (b), (c), (d) là MOAC tuyến tính trong hai trường hợp không hoặc có xét đến các trường Zeeman. Các hình (e), (f), (g), (h) là MOAC tuyến tính, phi tuyến bậc ba và tổng khi xét đến các trường Zeeman.2 Sự phụ thuộc vào năng lượng photon của MOAC trong TMDC đơn lớp gây ra bởi các dịch chuyển nội vùng dẫn trong điều kiện d∆z = 0, Zs , Zv 6= 0 và spin hướng lên ứng với các giá trị từ trường khác nhau.

Các hình (a), (b), (c), (d) biểu diễn MOAC tuyến tính. Các hình (e), (f), (g), (h) là MOAC tuyến tính, phi tuyến bậc ba và tổng.3 Sự phụ thuộc vào năng lượng photon của MOAC tuyến tính trong TMDC đơn lớp gây ra bởi các dịch chuyển nội vùng dẫn trong điều kiện B = 10 T, Zs , Zv 6= 0 và spin hướng lên ứng với hai giá trị khác nhau của điện trường: d∆z = 0, d∆z = (λv − λc )/4.4 Sự phụ thuộc vào năng lượng photon của RIC tuyến tính, phi tuyến và tổng trong TMDC đơn lớp gây ra bởi các dịch chuyển nội vùng dẫn trong điều kiện B = 10 T, Zs , Zv 6= 0 và d∆z = 0 ứng với hai trạng thái spin hướng lên và hướng xuống.5 Sự phụ thuộc vào năng lượng photon của RIC tuyến tính, phi tuyến và tổng trong TMDC đơn lớp gây ra bởi các dịch chuyển nội vùng dẫn trong trạng thái spin hướng lên, Zs , Zv 6= 0 và d∆z = 0 ứng với các giá trị khác nhau của từ trường.6 Sự phụ thuộc vào năng lượng photon của MOAC tuyến tính, phi tuyến và tổng trong TMDC đơn lớp gây ra bởi các dịch chuyển liên vùng trong điều kiện d∆z = 0, Zs , Zv 6= 0 và spin hướng lên: các hình (a), (b), (c), (d) tại B = 10 T, các hình (e), (f), (g), (h) biểu diễn ba dịch chuyển liên vùng đầu tiên tại ba giá trị khác nhau của từ trường.