Ống nano carbon có hai loại là đơn tường và đa tường. Phần lớn các ống nano đơn tường (SWNT-Single-Walled Nanotube) có đường kính gần 1 nanomet, với độ dài đường ống có thể gấp hàng nghìn lần như vậy. Cấu trúc của một SWNT có thể được hình dung là cuộn một vách than chì độ dày một-nguyên-tử (còn gọi là graphene) thành một hình trụ liền. Cách mà tấm graphene được cuộn như vậy được biểu diễn bởi một cặp chỉ số (n,m) gọi là vector chiral. Các số nguyên n và m là số của các vector đơn vị dọc theo hai hướng trong lưới tinh thể hình tổ ong của graphene. Nếu m=0, ống nano được gọi là "zigzag".

Nhằm ba mục tiêu chính là: (i) Khảo sát sự chuyển pha và ảnh hưởng của biến dạng Peierls lên tính chất điện tử của ống nano carbon zigzag đơn tường; (ii) Mô phỏng và tính toán cấu trúc nguyên tử và tính toán tính chất điện tử của ống nano carbon zigzag; (iii) Nghiên cứu ảnh hưởng của các cấu trúc đan xen của mạng tổ ong lên cấu trúc vùng năng lượng điện tử của ống nano carbon zigzag đơn tường, TS. Nguyễn Ngọc Hiếu - Trường đại học Dân lập Duy Tân cùng các đồng nghiệp đã tiến hành thực hiện đề tài “Tinh chất điện tử của ống nano carbon zigzig biến dạng”.

Nội dung và phạm vi của đề tài được nêu rõ ràng và cụ thể như sau:

- Mô phỏng và tính toán cấu trúc nguyên tử của ống nano carbon zigzag biến dạng trục. Xác định các tham số cấu trúc, tính toán nội năng và xác định trạng thái cơ bản của ống nano carbon zigzag biến dạng trục. Xác định các khả năng hình thành cấu trúc Kekule trong ống nano carbon zigzag.

- Tính toán cấu trúc vùng năng lượng điện tử của ống nano carbon zigzag biến dạng. Khảo sát sự phụ thuộc của phương trình năng lượng vào độ biến dạng. Các tính toán được thực hiện cho cả 2 loại cấu trúc của ống nano đó là cấu trúc Quinoid và Kekule với 2 và 4 liên kết C–C đan xen có chiều dài khác nhau.

- Khảo sát quá trình chuyển pha cấu trúc biến dạng Peierls và mối liên hệ giữa quá trình chuyển pha và sự phá vỡ đối xứng tự phát của ống nano carbon zigzag.

Sau một thời gian thực hiện, kết quả nghiên cứu thu được đã đáp ứng được các mục tiêu đề ra ban đầu, bao gồm:

- Tính toán cấu trúc vùng năng lượng và tính chất điện tử của ống nano carbon biến dạng do carbon liên kết C-C đan xen gây nên: Khi có mặt của các liên kết đan xen, đặc biệt là liên kết đan xen kiểu Kekule, tính chất điện tử của ống nano carbon biến dạng trục thay đổi đáng kể so với trường hợp các liên kết C-C bằng nhau. Sự chuyển pha bán dẫn - kim loại đã được phát hiện trong quá trình biến dạng trục của ống nano carbon. Nhóm nghiên cứu cũng đã tính toán được giá trị ngưỡng mà tại đó xảy ra sự chuyển pha bán dẫn - kim loại. Sự chuyển pha này mở ra nhiều khả năng ứng dụng của ống nano carbon biến dạng trong các thiết bị điện tử nano.

- Tính toán ảnh hưởng của biến dạng Peierls lên tính chất điện tử của ống nano carbon zigzag: đã tính toán ảnh hưởng của biến dạng xoắn lên sự chuyển pha kim loại - bán dẫn trong ống nano carbon zigzag. Các tính toán đã chỉ ra rằng: biến dạng xoắn ảnh hưởng lớn đến tính chất điện tử của ống nano carbon, đặc biệt là ống nano carbon armchair. Bên cạnh đó, khi có mặt của biến dạng Peierls, giá trị của khe năng lượng rất nhạy với sự sai khác giữa độ dài liên kết C-C trong ống nano carbon.

- Bên cạnh tính toán của các loại biến dạng lên tính chất điện tử, đề tài cũng mở rộng các tính toán cho hệ nano carbon một chiều khác là graphene nanoribbon:

+ Đã tính toán ảnh hưởng của các liên kết đan xen lên tính chất điện tử của graphene nanoribbon.

+ Mô phỏng cấu trúc nguyên tử của graphene nanoribbon ở trạng thái cơ bản và ảnh hưởng của biến dạng trục lên sự chuyển pha kim loại - bán dẫn trong graphene nanoribbon bằng phương pháp DFT.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số: 10924/2015) tại Cục Thông tin Khoa học và Công nghệ Quốc gia.