Thông tin kết quả nghiên cứu đề tài khoa học và công nghệ cấp bộ mã số B2024-TNA-08 do ThS. Nguyễn Quang Hải, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Thái Nguyên chủ trì

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

1. Thông tin chung:

- Tên đề tài: “Nghiên cứu thiết kế và thử nghiệm chế tạo vật liệu cấu trúc đơn lớp Janus 2D mới định hướng ứng dụng trong khai thác năng lượng nhiệt điện”.

- Mã số: B2024-TNA-08.

- Chủ nhiệm: ThS. Nguyễn Quang Hải

- Tổ chức chủ trì: Đại học Thái Nguyên

- Thời gian thực hiện: 01/2024 - 12/2025

2. Mục tiêu:

• Nghiên cứu dự đoán, xác định cấu trúc điện tử và các đặc tính áp điện của vật liệu cấu trúc đơn lớp Janus hai chiều (2D) mới bằng cách sử dụng thuật toán tiến hóa và lý thuyết phiếm hàm mật độ;
• Thử nghiệm tổng hợp được một số vật liệu đơn lớp cấu trúc Janus hai chiều (2D) định hướng ứng dụng trong nhiệt điện.

3. Tính mới và sáng tạo:

• Đề tài kết hợp đồng thời nhiều phương pháp từ mô phỏng, lý thuyết tính toán để khảo sát, nghiên cứu về cấu trúc vung năng lượng, cấu trúc điện tử để từ đó xác định được các tính chất điện, nhiệt điện của một số họ vật liệu Janus đơn lớp 2D.
• Trên cơ sở xác định được điều kiện tối ưu thông qua lý thuyết tính toán và mô phỏng để có thể tiến hành tổng họp một số họ vật liệu đơn lớp 2D như Bi₂Te₃, Bi₂Se₃, SPdSe/Te, SmoSe.

4. Kết quả nghiên cứu:

• Đã nghiên cứu tổng quan lý thuyết về một số họ vật liệu Janus cấu trúc đơn lớp 2D và cấu trúc vùng năng lượng của một số họ vật liệu Janus cấu trúc đơn lớp 2D.
• Đã khảo sát được cấu trúc vùng năng lượng, cấu trúc điện tử của một số họ vật liệu đơn lớp 2D như Bi₂Te₃, Bi₂Se₃, SPdSe/Te, SMoSe.
• Đã xây dựng được quy trình chế tạo vật liệu đơn lớp 2D như Bi₂Te₃, Bi₂Se₃, SPdSe/Te, SmoSe.
• Đã khảo sát được cấu trúc tinh thể, hệ số nhiệt điện trở, hệ số phầm chất ZT của họ vật liệu đơn lớp 2D.

5. Sản phẩm:

5.1. Sản phẩm khoa học:

- Bài báo đăng trên các tạp chí quốc tế uy tín (có cảm ơn đề tài).

1. Tuan V. Vu, Viet Ha Chu, Jonathan Guerrero-Sanchez, and D. M. Hoat (2024), Regulating the Electronic and Magnetic Properties of a SnSSe Janus Monolayer toward Optoelectronic and Spintronic Applications, ACS Applied Electronic Materials (SCEI, Q1), 10.1021/acsaelm.4c00341
2. Chu Viet Ha, R Ponce-Pérez, J. Guerrero-Sanchez, and D. M. Hoat (2024), Point Defects in Hexagonal SiP Monolayer: A Systematic Investigation on the Electronic and MagneticProperties, Advanced Theory and Simulations, (SCEI, Q1), 10.1002/adts.202400320
3. VoVan On, RPonce-Pérez, Chu Viet Ha, JGuerrero-Sanchez and DMHoat (2024), Inducing d⁰ magnetism in new SrCl₂ monolayer to wards spintronic applications, Physica Scripta, (SCEI, Q2), 10.1088/1402-4896/ad46cb
4. D.M. Hoat, Nguyen Thi Han, Chu Viet Ha, Nguyen Quang Hai, J. Guerrero-Sanchez (2025), A systematic investigation on chalcogen vacancies, doping with transition metals, and their complexes in Janus monolayer WSeTe, Chemical Physics, (SCEI, Q2), 10.1016/j.chemphys.2025.112972
5. Viet Ha Chu, Quang Hai Nguyen, Mai An Pham, Minh Tuan Luong, Truong Tho Pham and Duc-Long Nguyen (2026), Competing bonding and anharmonicity control piezoelectricity and thermal transport in janus BrSbX monolayers, RSC Advances (SCEI, Q1), 10.1039/d5ra08461j
6. Hoàng Minh Tuấn, Trần Quốc Xuân, Chu Anh Tuấn, Nguyễn Văn Quang, Lê Tiến Hà, Đàm Quang Học, Vũ Thị Kim Liên “Ảnh hưởng của nhiệt độ nung thiêu kết đến cấu trúc và tính chất quang của vật liệu MgAl₂O₄ pha tạp ion Eu³⁺ được chế tạo bằng phương pháp sol – gel”, SPMS 2025.

5.2. Sản phẩm đào tạo:

Hỗ trợ đào tạo 02 NCS và 02 học viên cao học bảo vệ thành công luận văn Thạc sĩ theo hướng của đề tài thực hiện đúng tiến độ:

1. Đào tạo 01 NCS

- NCS. Hoàng Minh Tuấn, “Nghiên cứu, chế tạo vật liệu huỳnh quang có cấu trúc spinel AB₂O₄ (A=Mg, Zn; B=Al, Ga) pha tạp các ion Mn⁴⁺, Bi³⁺, Sm³⁺, Eu³⁺ ứng dụng làm vật liệu huỳnh quang cho led chiếu sáng trong nông nghiệp”, Quyết định 2511/QĐ-ĐHTN ngày 22/05/2025 của Giám đốc Đại học Thái Nguyên v/v công nhận trúng tuyển đào tạo trình độ tiến sĩ đợt tuyển sinh tháng 5 năm 2025.

- NCS. Nguyễn Đại Hùng “Phát triển mô hình DBIM mở rộng để nâng cao chất lượng tạo ảnh đối tượng tán xạ điện từ trong vùng quang học”, Quyết định 5463/QĐ-ĐHTN ngày 13/10/2025 của Giám đốc Đại học Thái Nguyên v/v công nhận trúng tuyển đào tạo trình độ tiến sĩ đợt tuyển sinh tháng 9 năm 2025.

2. Đào tạo 02 Thạc sĩ

[1]. HV. Somekeo Keovongsa, “Nghiên cứu tính chất điện tử và từ tính của bề mặt (001) của hợp kim Heusler NaMAs (M là nguyên tố kim loại chuyển tiếp), Quyết định bảo vệ số 2230/QĐ-ĐHKH ngày 02 tháng 11 ngày 2023 của Hiệu Trưởng Trường Đại học Khoa học về việc thành lập hội đồng đánh giá luận văn thạc năm 2023. Quyết định giao người hướng dẫn học viên cao học số 1513/QĐ-ĐHSP ngày 12 tháng 6 năm 2024 về việc công nhận cán bộ hướng dẫn học viên thực hiện đề tài luận văn thạc sĩ Khoá 31 (2023-2025) của Khoa Vật lý; Quyết định số 477/QĐ-ĐHKH ngày 19/03/2024 của Hiệu trưởng Trường Đại học Khoa học – Đại học Thái Nguyên về việc công nhận tốt nghiệp và cấp bằng thạc sĩ đợt 2 năm 2023 (Số hiệu: THS.00697; số vào sổ gốc cấp văng bằng DTZ/THS/2024/0019) (Học viên do thành viên chính của đề tài là PGS.TS. Chu Việt Hà hướng dẫn).

 [2]. HV. Đào Minh Đức “Nghiên cứu mô phỏng lượng tử tính chất quang điện tử của vật liệu hai chiều MoX₂ (X = S, Se)” Quyết định bảo vệ số 908/QĐ-ĐHKH ngày 28 tháng 04 ngày 2026 của Hiệu Trưởng Trường Đại học Khoa học về việc thành lập hội đồng đánh giá đề án thạc sĩ đối với học viên Đào Minh Đức. Quyết định giao người hướng dẫn học viên cao học số 2915/QĐ-ĐHKH ngày 23 tháng 12 năm 20245 về việc cử cán bộ hướng dẫn và giao đề tài đề án ngành Quang học khoá 2024-2026 của Hiệu Trưởng Trường Đại học Khoa học (Học viên do thành viên chính của đề tài là PGS.TS. Lê Tiến Hà hướng dẫn).

6. Phương thức chuyển giao, địa chỉ ứng dụng, tác động và lợi ích mang lại của kết quả nghiên cứu:

Phương thức chuyển giao

- Kết quả của đề tài được công bố là các bài báo khoa học đăng trên các tạp chí khoa học chuyên ngành trong nước và quốc tế.

- Báo cáo của đề tài được lưu tại Trung tâm học liệu Đại học Thái Nguyên làm tài liệu tham khảo phục vụ giảng dạy, học tập và nghiên cứu của hệ đại học, sau đại học ngành vật lý - chuyên ngành quang học, vật lý chất rắn ... tại Trường Đại học Sư phạm và các đại học thành viên của Đại học Thái Nguyên có ngành Vật lý.

Địa chỉ ứng dụng

Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ được ứng dụng tại các cơ sở đào tạo và nghiên cứu khoa học trong định hướng phát triển nguồn nhân lực khoa học về khoa học vật liệu cũng như các cơ sở sản xuất thiết bị chiếu sáng rắn. Các địa chỉ ứng dụng bao gồm:

Tăng cường năng lực nghiên cứu, đào tạo của Trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên. Đề tài góp phần tạo điều kiện cho các cán bộ trẻ, học viên cao học, sinh viên tham gia nghiên cứu khoa học, tạo ra sản phẩm phục vụ phát triển kinh tế xã hội. Góp phần sử dụng hiệu quả hệ thống thiết bị nghiên cứu của trường Đại học Sư phạm cũng như các đại học thành viên thuộc Đại học Thái Nguyên.

Tạo điều kiện cho phát triển đào tạo chuyên ngành Vật lý chất rắn tại Trường Đại học Sư phạm và các trường đại học thành viên khác thuộc Đại học Thái Nguyên.

INFORMATION ON RESEARCH RESULTS

1. General information

• Project title: Research on the design and fabrication of a novel 2D Janus monolayer material for applications in thermoelectric power generation.
• Code number: B2024-TNA-08.
• Coordinator: Nguyen Quang Hai
• Implementing institution: Thai Nguyen university
• Duration: 01/2024 - 12/2025

2. Objectives

• Research to predict and determine the electronic structure and piezoelectric properties of new two-dimensional (2D) Janus monolayer structure materials using evolutionary algorithms and density functional theory;
• Experimental synthesis of a number of two-dimensional (2D) single-layer Janus structure materials oriented for application in thermoelectricity.

3. Creativeness and innovativeness

• This research combines multiple methods, including simulation and computational theory, to investigate and study the energy band structure and electronic structure, thereby determining the electrical and thermoelectric properties of several 2D monolayer Janus materials.
• Based on the determination of optimal conditions through computational theory and simulation, several 2D monolayer materials such as Bi2Te3, Bi2Se3, SPdSe/Te, and SmoSe can be synthesized.

4. Research results

• • A theoretical overview of several 2D monolayer Janus materials and their energy band structures has been studied.
  • The energy band structure and electronic structure of several 2D monolayer materials such as Bi2Te3, Bi2Se3, SPdSe/Te, and SMoSe have been investigated.
  • Fabrication procedures for 2D monolayer materials such as Bi2Te3, Bi2Se3, SPdSe/Te, and SMoSe have been developed.
  • The crystal structure, thermoelectric resistance coefficient, and quality factor ZT of these 2D monolayer materials have been investigated.

5. Products

5.1. Journal papers

[1]. Tuan V. Vu, Viet Ha Chu, Jonathan Guerrero-Sanchez, and D. M. Hoat (2024), Regulating the Electronic and Magnetic Properties of a SnSSe Janus Monolayer toward Optoelectronic and Spintronic Applications, ACS Applied Electronic Materials (SCEI, Q1), 10.1021/acsaelm.4c00341

[2]. Chu Viet Ha, R Ponce-Pérez, J. Guerrero-Sanchez, and D. M. Hoat (2024), Point Defects in Hexagonal SiP Monolayer: A Systematic Investigation on the Electronic and MagneticProperties, Advanced Theory and Simulations, (SCEI, Q1), 10.1002/adts.202400320

[3]. VoVan On, RPonce-Pérez, Chu Viet Ha, JGuerrero-Sanchez and DMHoat (2024), Inducing d⁰ magnetism in new SrCl₂ monolayer to wards spintronic applications, Physica Scripta, (SCEI, Q2), 10.1088/1402-4896/ad46cb

[4]. D.M. Hoat, Nguyen Thi Han, Chu Viet Ha, Nguyen Quang Hai, J. Guerrero-Sanchez (2025), A systematic investigation on chalcogen vacancies, doping with transition metals, and their complexes in Janus monolayer WSeTe, Chemical Physics, (SCEI, Q2), 10.1016/j.chemphys.2025.112972

[5]. Viet Ha Chu, Quang Hai Nguyen, Mai An Pham, Minh Tuan Luong, Truong Tho Pham and Duc-Long Nguyen (2026), Competing bonding and anharmonicity control piezoelectricity and thermal transport in janus BrSbX monolayers, RSC Advances (SCEI, Q1), 10.1039/d5ra08461j

[6]. Hoang Minh Tuan, Tran Quoc Xuan, Chu Anh Tuan, Nguyen Van Quang, Le Tien Ha, Dam Quang Hoc, Vu Thi Kim Lien “The influence of sintering temperature on the structure and optical properties of Eu³⁺ ion-doped MgAl₂O₄ materials fabricated by sol-gel method”, SPMS 2025.

5.3. Education

5.3.1. Ph.D. student training: 02 Ph.D.

- NCS. Hoàng Minh Tuấn, “Nghiên cứu, chế tạo vật liệu huỳnh quang có cấu trúc spinel AB₂O₄ (A=Mg, Zn; B=Al, Ga) pha tạp các ion Mn⁴⁺, Bi³⁺, Sm³⁺, Eu³⁺ ứng dụng làm vật liệu huỳnh quang cho led chiếu sáng trong nông nghiệp”, Quyết định 2511/QĐ-ĐHTN ngày 22/05/2025 của Giám đốc Đại học Thái Nguyên v/v công nhận trúng tuyển đào tạo trình độ tiến sĩ đợt tuyển sinh tháng 5 năm 2025.

- NCS. Nguyễn Đại Hùng “Phát triển mô hình DBIM mở rộng để nâng cao chất lượng tạo ảnh đối tượng tán xạ điện từ trong vùng quang học”, Quyết định 5463/QĐ-ĐHTN ngày 13/10/2025 của Giám đốc Đại học Thái Nguyên v/v công nhận trúng tuyển đào tạo trình độ tiến sĩ đợt tuyển sinh tháng 9 năm 2025.

5.3.2. Master training: 02 master students graduated.

[1]. HV. Somekeo Keovongsa, “Nghiên cứu tính chất điện tử và từ tính của bề mặt (001) của hợp kim Heusler NaMAs (M là nguyên tố kim loại chuyển tiếp), Quyết định bảo vệ số 2230/QĐ-ĐHKH ngày 02 tháng 11 ngày 2023 của Hiệu Trưởng Trường Đại học Khoa học về việc thành lập hội đồng đánh giá luận văn thạc năm 2023. Quyết định giao người hướng dẫn học viên cao học số 1513/QĐ-ĐHSP ngày 12 tháng 6 năm 2024 về việc công nhận cán bộ hướng dẫn học viên thực hiện đề tài luận văn thạc sĩ Khoá 31 (2023-2025) của Khoa Vật lý; Quyết định số 477/QĐ-ĐHKH ngày 19/03/2024 của Hiệu trưởng Trường Đại học Khoa học – Đại học Thái Nguyên về việc công nhận tốt nghiệp và cấp bằng thạc sĩ đợt 2 năm 2023 (Số hiệu: THS.00697; số vào sổ gốc cấp văng bằng DTZ/THS/2024/0019) (Học viên do thành viên chính của đề tài là PGS.TS. Chu Việt Hà hướng dẫn).

 [2]. HV. Đào Minh Đức “Nghiên cứu mô phỏng lượng tử tính chất quang điện tử của vật liệu hai chiều MoX₂ (X = S, Se)” Quyết định bảo vệ số 908/QĐ-ĐHKH ngày 28 tháng 04 ngày 2026 của Hiệu Trưởng Trường Đại học Khoa học về việc thành lập hội đồng đánh giá đề án thạc sĩ đối với học viên Đào Minh Đức. Quyết định giao người hướng dẫn học viên cao học số 2915/QĐ-ĐHKH ngày 23 tháng 12 năm 20245 về việc cử cán bộ hướng dẫn và giao đề tài đề án ngành Quang học khoá 2024-2026 của Hiệu Trưởng Trường Đại học Khoa học (Học viên do thành viên chính của đề tài là PGS.TS. Lê Tiến Hà hướng dẫn).

6. Transfer alternatives, application institutions, impacts, and benefits of research results

Transfer method

The results of the project are published as scientific articles published in specialized domestic and international scientific journals.

The report of the project is saved at the Learning Resource Center of Thai Nguyen University as a reference document to serve teaching, learning and research of undergraduate and graduate physics majors - optics and physics majors. Solid State Physics ... at the University of Education and member universities of Thai Nguyen University with Physics majors.

Application address

• The research results of the project will be applied at scientific research and training facilities in the direction of developing scientific human resources in materials science as well as solid lighting equipment manufacturing facilities. Application addresses include:
• Member universities of Thai Nguyen University have Physics majors, or majors in Solid State Physics and Optics such as: University of Pedagogy, University of Science,...
• Strengthening the research and training capacity of the University of Education - Thai Nguyen University. The project contributes to creating conditions for young officials, graduate students, and students to participate in scientific research and create products to serve socio-economic development. Contribute to the effective use of the research equipment system of the University of Education as well as member universities of Thai Nguyen University.

Create conditions for the development of specialized training in Solid State Physics at the University of Education and other member universities of Thai Nguyen University.

Ban KHCN&ĐN