Chuyện người Bách khoa đưa nghiên cứu vào Tạp chí đỉnh cao giới khoa học Nano Letters

Cuối tháng 4/2025, PGS. Lê Văn Lịch - GVCC Trường Vật liệu, Đại học Bách khoa Hà Nội và các nhà khoa học Bách khoa đã công bố nghiên cứu trên tạp chí Nano Letters - Một trong những tạp chí khoa học danh tiếng lĩnh vực Vật liệu và Vật lý. Nghiên cứu này hoàn toàn dựa trên trí lực và tài nguyên Bách khoa, thể hiện môi trường nghiên cứu, năng lực tự chủ và tính độc lập ngày càng cao của các nhà khoa học Bách khoa Hà Nội.


Nhóm nghiên cứu Đại học Bách khoa Hà Nội do PGS. Lê Văn Lịch làm trưởng nhóm gồm các nhà khoa học: NCS. Đặng Thị Hà, PGS. Đặng Thị Hồng Huế, HVCH. Vũ Bá Hiếu, PGS. Đinh Văn Hải, GS. Nguyễn Trọng Giảng.

Chia sẻ niềm vui với Trang Thông tin điện tử Đại học Bách khoa Hà Nội, PGS. Lê Văn Lịch nhìn lại quá trình nghiên cứu của nhóm, cả những lúc đặt câu hỏi “có nên đi tiếp?”, rồi quyết giữ vững lập trường khoa học và sự kiên định trong định hướng nghiên cứu:

* Đã có những thời điểm nhóm phân vân: Nên tiếp tục theo đuổi hướng đi còn ít người khai phá, hay chuyển hướng sang các chủ đề đang thịnh hành và có mức độ quan tâm cao hơn trong cộng đồng khoa học hiện nay?

Tuy nhiên, nhờ vào trực giác khoa học cùng với niềm tin vào tiềm năng to lớn của loại vật liệu đang nghiên cứu, chúng tôi nhận thấy vẫn còn nhiều hiện tượng và tính chất vật lý chưa được khám phá một cách toàn diện. Chính niềm tin đó đã trở thành động lực để chúng tôi kiên trì theo đuổi đến cùng hướng nghiên cứu này, bất chấp những khó khăn và thách thức đặt ra trong suốt quá trình triển khai.

Chặng đường gian nan từ ý tưởng đến kết quả

- Phó Giáo sư có thể cho biết ý tưởng ban đầu của công trình nghiên cứu?

* Sau khi Giải Nobel Vật lý 2016 vinh danh các khám phá lý thuyết về chuyển pha và các pha tô-pô của vật chất, nghiên cứu về cấu trúc tô-pô trong vật liệu từ thu hút sự quan tâm lớn. Nhiều nhóm nghiên cứu hàng đầu trên thế giới đã công bố những kết quả mang tính đột phá trong hướng nghiên cứu này. Tuy nhiên, khi mở rộng sang vật liệu sắt điện, lĩnh vực này lại đối mặt với nhiều thách thức đáng kể do các tương tác vật lý trong hai loại vật liệu này không giống nhau.

Năm 2020, một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Materials (19, 881–886) cho thấy khả năng ổn định các cấu trúc phân cực điện dạng Meron thông qua việc điều chỉnh biến dạng cơ học trong màng mỏng sắt điện. Tuy nhiên, các cấu trúc Meron này thường xuất hiện một cách ngẫu nhiên tại các vị trí không xác định, và hiện vẫn chưa có phương pháp hiệu quả để điều khiển được chúng.

Từ thực tế đó, 2 vấn đề cấp thiết được đặt ra:

1. Làm thế nào để định xứ được các Meron tại những vị trí mong muốn?

2. Làm thế nào để điều khiển chúng một cách hiệu quả?

Từ những hiểu biết về vật liệu sắt điện có thành phần biến thiên, chúng tôi giả thuyết rằng sử dụng loại vật liệu này có thể là giải pháp đơn giản nhưng hiệu quả để ổn định và kiểm soát cấu trúc Meron. Đây chính là ý tưởng khởi đầu cho nghiên cứu này.
 

- Từ ý tưởng đến hiện thực hóa nghiên cứu có lẽ cũng là một hành trình gian nan đối với bất cứ nhà khoa học nào…, cụ thể với nhóm nghiên cứu thì sao, thưa Phó Giáo sư?

* Hành trình dẫn đến kết quả nghiên cứu lần này là một quá trình dài và đầy thử thách!

Cuối năm 2017, tôi bắt đầu công tác tại Đại học Bách khoa Hà Nội và đối mặt với thử thách xây dựng hướng nghiên cứu độc lập, tách khỏi công trình cũ tại Đại học Kyoto (Nhật Bản). Tôi bị thu hút bởi một nghiên cứu trên Nature Materials (15, 549–556, 2016) về vật liệu sắt điện có thành phần biến thiên theo chiều dày màng mỏng. Dù có nhiều phát hiện đáng chú ý, các cơ chế vật lý nền tảng vẫn chưa được giải thích rõ.

Tôi dành hơn một năm phát triển chương trình mô phỏng số để nghiên cứu các tương tác vật lý trong loại vật liệu này. Thật bất ngờ, kết quả mô phỏng số cho thấy sự tương hợp đáng kể với các quan sát thực nghiệm, giúp làm rõ một số cơ chế vật lý quan trọng. Dù công trình đầu tiên chưa tạo tiếng vang lớn, đây là nền tảng cho các nghiên cứu tiếp theo, trong đó có kết quả lần này.

Ý nghĩa của nghiên cứu và tầm nhìn tương lai

- Những người “ngoại đạo” có thể hình dung về nghiên cứu này như thế nào? Và ý nghĩa của các kết quả nghiên cứu là gì, thưa Phó Giáo sư?

* Vật liệu sắt điện ứng dụng rộng rãi từ các thiết bị đơn giản như bộ phận tạo tia lửa điện trong bật lửa, cảm biến áp lực trong cân điện tử, cho đến công nghệ cao như máy ảnh, bộ nhớ RAM của máy tính. Tất cả đều khai thác một đặc tính cốt lõi của vật liệu sắt điện: Phân cực điện tự phát.

Phân cực này xuất phát từ sự dịch chuyển nhẹ của ion trong mạng tinh thể ra khỏi vị trí cân bằng trung tâm, tạo ra sự lệch tâm điện tích – một đầu mang điện tích dương, đầu còn lại mang điện tích âm. Trong điều kiện thông thường, các phân cực điện sắp xếp theo một trật tự đơn giản - chẳng hạn như song song và cùng chiều. Tuy nhiên, trong một số điều kiện đặc biệt, cấu trúc phân cực điện có thể trở nên phức tạp, ví dụ như cấu trúc Meron – nơi phân cực điện tổ chức theo dạng xoáy dị thường.

Các cấu trúc này hứa hẹn mang lại tính ổn định cao, khả năng lưu trữ mật độ thông tin lớn và đáp ứng nhanh với các tác nhân điều khiển bên ngoài, mở ra tiềm năng lớn cho các ứng dụng trong thiết bị điện tử tiên tiến và lưu trữ thông tin mới. Vì vậy, nghiên cứu và kiểm soát các cấu trúc phân cực tô-pô có ý nghĩa quan trọng cả về khoa học cơ bản lẫn ứng dụng thực tiễn.

Chất lượng và tầm ảnh hưởng của nghiên cứu nội lực Bách khoa Hà Nội

- Trước nay, dấu ấn nhà khoa học Việt Nam trên tạp chí Nano Letters là như thế nào, thưa Phó Giáo sư?

* Theo tìm hiểu của tôi, trước đây đã có một số nhóm nghiên cứu tại Việt Nam công bố công trình khoa học trên Nano Letters cũng như trên một số tạp chí khoa học danh tiếng khác.

Tuy nhiên, điểm đặc biệt trong công trình của chúng tôi lần này là toàn bộ quá trình nghiên cứu đều được thực hiện dựa trên nội lực của nhóm, tại Đại học Bách khoa Hà Nội. Không có sự hỗ trợ trực tiếp từ các nhóm nghiên cứu quốc tế hay phòng thí nghiệm ở nước ngoài.

Điều này thể hiện rõ năng lực tự chủ và tính độc lập ngày càng cao của nhóm trong hoạt động NCKH.
 

- Với góc nhìn của một nhà khoa học, theo Phó Giáo sư, việc công trình nghiên cứu được thực hiện hoàn toàn dựa trên nhân lực, thiết bị, và công cụ nghiên cứu của nhóm tại Đại học Bách khoa Hà Nội có nói lên điều gì không?

Trước hết, công trình nghiên cứu này là minh chứng rõ nét cho hiệu quả của những thay đổi mang tính chiến lược trong chủ trương và chính sách phát triển khoa học, công nghệ và đổi mới sáng tạo của Đại học Bách khoa Hà Nội trong những năm gần đây, với định hướng hỗ trợ giảng viên tập trung nghiên cứu để tạo ra các sản phẩm khoa học chất lượng, mang tính cạnh tranh quốc tế, và giá trị thực tiễn rõ rệt.

Tôi nhận thấy đội ngũ khoa học Việt Nam ngày càng tiệm cận chuẩn quốc tế về tư duy và phương pháp nghiên cứu. Tiềm năng phát triển khoa học và công nghệ của Việt Nam là rất lớn, đặc biệt nếu được đầu tư bài bản về tài chính và cơ chế hỗ trợ cho các nhóm nghiên cứu có năng lực và định hướng rõ ràng. Những sự đầu tư này không chỉ thúc đẩy sự phát triển khoa học công nghệ trong nước mà còn đóng góp tích cực vào tiến trình phát triển bền vững của quốc gia.

- Thời gian tới, Phó Giáo sư và nhóm sẽ tiếp tục triển khai nghiên cứu này như thế nào?

* Hiện nay, nhóm nghiên cứu của chúng tôi đã và đang tích cực thảo luận, đồng thời triển khai một số chủ đề mở rộng từ hướng nghiên cứu hiện tại.

Chúng tôi kỳ vọng thời gian tới, những ý tưởng khoa học đang được ấp ủ sẽ tiếp tục được hiện thực hóa thông qua các công trình nghiên cứu có chất lượng, góp phần làm rõ hơn các hiện tượng vật lý nền tảng, cũng như mở ra các ứng dụng tiềm năng trong lĩnh vực vật liệu chức năng tiên tiến.

- Xin cảm ơn Phó Giáo sư về cuộc trao đổi!
 

LÝ DO KHÔNG BAO GIỜ NGHĨ: KHÓ THẾ HAY XUẤT BẢN Ở TẠP CHÍ KHÁC?   “Ở thời điểm hiện nay, không chỉ tại Việt Nam mà trên toàn thế giới,do nhiều yếu tố, áp lực công bố trong NCKH ngày càng gia tăng. Tại một số thời điểm, nhóm chúng tôi cũng không tránh khỏi những áp lực đó. Tuy nhiên, với công trình này, chúng tôi có đủ thời gian và sự tập trung cần thiết để phát triển và hoàn thiện nghiên cứu ở mức chất lượng cao nhất có thể. Đây cũng là lý do vì sao nhóm quyết tâm theo đuổi đến cùng và lựa chọn công bố tại một tạp chí uy tín như Nano Letters, thay vì tìm đến những lựa chọn dễ dàng hơn.” PGS. Lê Văn Lịch - GVCC Trường Vật liệu, Đại học Bách khoa Hà Nội