Tóm tắt luận án Tiến sĩ Vật lý: Trạng thái ngưng tụ exciton trong các hệ có chuyển pha bán kim loại – bán dẫn

Mục tiêu của luận án là phát triển lý thuyết trường trung bình tĩnh cho mô hình hai chiều hai dải năng lượng có tương tác điện tử – phonon và mô hình Falicov-Kimball mở rộng khi xét tới cả tương tác với phonon của điện tử và lỗ trống.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tóm tắt luận án Tiến sĩ Vật lý: Trạng thái ngưng tụ exciton trong các hệ có chuyển pha bán kim loại – bán dẫnBỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ––––––––––––––– ĐỖ THỊ HỒNG HẢI TRẠNG THÁI NGƯNG TỤ EXCITONTRONG CÁC HỆ CÓ CHUYỂN PHA BÁN KIM LOẠI – BÁN DẪN Chuyên ngành: Vật lý lý thuyết và vật lý toán Mã số: 9.44.01.03 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ Hà Nội – 2020Công trình được hoàn thành tại: Học viện Khoa học và Công nghệ – Viện Hàn lâm Khoa họcvà Công nghệ Việt NamNgười hướng dẫn khoa học 1: PGS. TS. Phan Văn NhâmNgười hướng dẫn khoa học 2: PGS. TS. Trần Minh TiếnPhản biện 1:Phản biện 2:Phản biện 3:Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Học viện, họp tại Họcviện Khoa học và Công nghệ – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam vào hồi ...giờ ...’, ngày ... tháng ... năm 2020.Có thể tìm hiểu luận án tại:- Thư viện Học viện Khoa học và Công nghệ- Thư viện Quốc gia Việt Nam MỞ ĐẦU1. Tính cấp thiết của luận án Trạng thái ngưng tụ của cặp điện tử – lỗ trống (hay exciton) gần đây đã trở thành mộttrong những đối tượng hấp dẫn, thu hút sự quan tâm nghiên cứu của các nhà vật lý. Điện tử vàlỗ trống đều có spin bán nguyên nên exciton được xem là giả hạt boson và vì vậy khi nhiệt độđủ thấp, những exciton này có thể ngưng tụ và hình thành một trạng thái lượng tử mới gọi làtrạng thái điện môi exciton (excitonic insulator – EI). Mặc dù sự tồn tại trạng thái ngưng tụ exciton trong các hệ bán kim loại (semimetal –SM) và bán dẫn (semiconductor – SC) được tiên đoán cách đây hơn nửa thế kỷ, nhưng quansát thực nghiệm về trạng thái này đến nay vẫn còn khiêm tốn. Trong những năm gần đây,việc tìm ra các vật liệu có triển vọng để quan sát trạng thái EI, như: dichalcogenide kim loạichuyển tiếp giả hai chiều 1T -TiSe2 , hợp chất đất hiếm chalcogenide TmSe0.45 Te0.55 , bán dẫnTa2 NiSe5 , graphene hai lớp,. . . làm tăng những nghiên cứu về trạng thái ngưng tụ exciton, cảvề phương diện lý thuyết và thực nghiệm. Về mặt lý thuyết, trạng thái ngưng tụ của exciton thường được nghiên cứu thông quakhảo sát mô hình Falicov-Kimball mở rộng (extended Falicov-Kimball – EFK) bằng nhiềuphương pháp khác nhau: phương pháp gần đúng trường trung bình (mean field – MF) và T −ma trận, phương pháp “boson cầm tù” (slave-boson) bất biến SO(2), phương pháp gần đúng“đám biến phân” (variational cluster), phương pháp chiếu kết hợp tái chuẩn hóa (projector-based renormalization – PR),. . . Các tác giả đã chỉ ra sự tồn tại của trạng thái ngưng tụ excitongần chuyển pha SM – SC. Tuy nhiên, trong các nghiên cứu trên, việc khảo sát trạng thái EIchủ yếu dựa trên những đặc tính hoàn toàn điện tử với tương tác Coulomb giữa điện tử và lỗtrống. Do vậy, sự liên kết của các điện tử hay exciton với phonon đã không được đề cập đến. Trong khi đó, khi nghiên cứu trạng thái EI của cấu trúc bán kim loại 1T -TiSe2 bằng ápdụng lý thuyết siêu dẫn BCS cho cặp điện tử – lỗ trống, C. Monney cùng cộng sự đã khẳngđịnh tại nhiệt độ thấp, exciton ngưng tụ ảnh hưởng tới mạng tinh thể thông qua tương tácđiện tử – phonon. Gần đây, khi nghiên cứu trạng thái ngưng tụ của exciton trong kim loạichuyển tiếp Ta2 NiSe5 bằng tính toán cấu trúc vùng và phân tích trường trung bình cho môhình Hubbard chuỗi-ba với bậc tự do phonon, T. Kaneko đã khẳng định cấu trúc mạng tinhthể thay đổi từ dạng thoi sang dạng đơn tà. Rõ ràng, sự lệch mạng hay ảnh hưởng của phononlà rất quan trọng trong các loại vật liệu này, đặc biệt là trong việc hình thành trạng thái ngưngtụ exciton. Trên cơ sở đó, B. Zenker và cộng sự bắt đầu nghiên cứu trạng thái EI trong môhình hai dải bằng phương pháp hàm Green trường trung bình và gần đúng Kadanoff-Baym,hay mô hình EFK gồm một dải hóa trị và ba dải dẫn bằng phương pháp gần đúng MF và gầnđúng “phonon đóng băng” (frozen-phonon) khi xét đến cả tương tác Coulomb giữa điện tử –lỗ trống và tương tác điện tử – phonon. Nhóm tác giả đã khẳng định tương tác Coulomb và 1tương tác điện tử – phonon có vai trò tương hỗ trong việc liên kết cặp điện tử – lỗ trống vàhình thành trạng thái ngưng tụ exciton. Tuy nhiên, các nghiên cứu của B. Zenker mới chỉ dừnglại ở trạng thái cơ bản, tức là ở nhiệt độ gần độ không tuyệt đối. Gần đây, ở Việt Nam, bài toán khảo sát trạng thái EI trong mô hình EFK cũng được tácgiả Phan Văn Nhâm và cộng sự mở rộng nghiên cứu theo quan điểm hoàn toàn lượng tử. Bằngphương pháp PR, biến dạng mạng gây ra trạng thái EI cũng được tác giả nghiên cứu một cáchkỹ lưỡng về mặt lý thuyết, tuy nhiên, các nghiên cứu cũng mới chỉ dừng ở trạng thái cơ bản.Với dạng siêu lỏng, trạng thái EI có thể xuất hiện tại nhiệt độ hữu hạn, còn khi nhiệt độ cao,nó có thể bị phá hủy bởi thăng giáng nhiệt. Rõ ràng, các nghiên cứu về ngưng tụ exciton ởViệt Nam cần tiếp tục thúc đẩy xa hơn. Với mong muốn góp phần phát triển hướng nghiêncứu về trạng thái ngưng tụ exciton ở Việt Nam, trong phạm vi luận án này, chúng tôi tập trungkhảo sát “Trạng thái ngưng tụ exciton trong các hệ có chuyển pha bán kim loại – bándẫn” nhằm thảo luận chi tiết bản chất trạng thái ngưng tụ của exciton trong các hệ này bằnglý thuyết MF. Tương quan điện tử trong hệ được mô tả bởi các mô hình hai dải năng lượng cótương tác điện tử – phonon và mô hình Falicov-Kimball mở rộng có xét đến tương tác điện tử– phonon. Dưới ảnh hưởng của tương tác tĩnh điện giữa điện tử – lỗ trống, tương tác điện tử– phonon cũng như ảnh hưởng của nhiệt độ hay áp suất ngoài, bản chất ngưng tụ của excitonđặc biệt là sự giao nhau của các trạng thái ngưng tụ BCS, BEC của exciton hay cạnh ...