Bền bỉ từ lý thuyết đến ứng dụng: Dấu ấn sinh viên Bách khoa Hà Nội tại Giải thưởng Khoa học và Công nghệ 2025

Với đề tài “Tiếp xúc gali ôxit – kim loại: Góc nhìn từ lý thuyết phiếm hàm mật độ và hiệu suất cảm biến quang”, hai sinh viên Đỗ Đặng Minh và Nguyễn Lê Mạnh An, K66, ngành Kỹ thuật vật liệu, Trường Vật liệu, Đại học Bách khoa Hà Nội, dưới sự hướng dẫn của TS. Hà Minh Tân, đã xuất sắc giành Giải Nhất lĩnh vực Khoa học tự nhiên tại Giải thưởng Khoa học và Công nghệ dành cho sinh viên các cơ sở giáo dục đại học năm 2025.

Khi hành trình nghiên cứu bắt đầu từ một câu hỏi rất đời thường

Trong bối cảnh tia cực tím (UV) ngày càng được quan tâm trong giám sát môi trường, y tế và an toàn, việc đo đạc chính xác và ổn định cường độ UV vẫn là một thách thức lớn. Xuất phát từ nhu cầu thực tế đó, nhóm sinh viên ngành Kỹ thuật vật liệu, Trường Vật liệu, Đại học Bách khoa Hà Nội đã thực hiện đề tài “Tiếp xúc gali ôxit – kim loại: Góc nhìn từ lý thuyết phiếm hàm mật độ và hiệu suất cảm biến quang”, hướng tới việc xây dựng nền tảng khoa học cho các cảm biến UV có độ tin cậy cao và chi phí hợp lý, phù hợp với khả năng ứng dụng trong đời sống.

Ý tưởng nghiên cứu của đề tài không bắt đầu từ phòng thí nghiệm hay những khái niệm học thuật phức tạp, mà từ một câu hỏi rất đời thường: “Tia cực tím vừa có lợi, vừa có hại. Cỗ máy đắt đỏ và phức tạp nhất thế giới hoạt động dựa trên tia cực tím. Nó cũng lại là nguyên nhân gây nên ung thư da khi tiếp xúc lâu dài. Vậy  làm thế nào để phát hiện và đo đạc được nó một cách chính xác, ổn định và với chi phí hợp lý?” 

Chính câu hỏi ấy đã mở ra hành trình nghiên cứu kéo dài nhiều tháng, đưa Đỗ Đặng Minh và Nguyễn Lê Mạnh An từ những thí nghiệm ban đầu đến Giải Nhất lĩnh vực Khoa học tự nhiên tại Giải thưởng Khoa học và Công nghệ dành cho sinh viên các cơ sở giáo dục đại học năm 2025.

Dưới sự định hướng của TS. Hà Minh Tân, giảng viên khoa Kỹ thuật Vật liệu, nhóm sinh viên lựa chọn cách tiếp cận kết hợp tính toán mô phỏng và thực nghiệm: không chạy theo các vật liệu hay công nghệ đắt đỏ, mà tập trung làm rõ bản chất của tiếp xúc kim loại – bán dẫn, một yếu tố quan trọng quyết định độ nhạy và độ ổn định của linh kiện cảm biến tia UV. 

Những kết quả thu được không chỉ giúp cải thiện hiệu suất linh kiện, mà còn mở ra khả năng chế tạo các linh kiện cảm biến UV có thể ứng dụng trong quan trắc môi trường, cảnh báo bức xạ UV ngoài trời, thiết bị y tế và các hệ thống an toàn, với chi phí phù hợp hơn cho sản xuất quy mô lớn.

Phòng thí nghiệm và những lần… chưa ra kết quả

Khi bắt tay vào đề tài, Minh và An sớm nhận ra rằng làm cảm biến không đơn giản là chọn một vật liệu “xịn” rồi ghép lại với nhau. Với sự đồng hành và định hướng chuyên môn của TS. Hà Minh Tân, cả nhóm dần hiểu ra một điều then chốt: hiệu quả của cảm biến phụ thuộc rất nhiều vào cách kim loại và bán dẫn “bắt tay” với nhau trong linh kiện. Chỉ cần tiếp xúc chưa chuẩn, tín hiệu thu được có thể yếu đi, thiếu ổn định và khó lặp lại khi đưa ra đo trong điều kiện thực tế.

Lần giở lại các tài liệu nghiên cứu, nhóm nhận thấy nhiều công trình trước đây thường dùng những kim loại quý như vàng hay bạch kim để tạo tiếp xúc – cho kết quả tốt nhưng chi phí cao, khó ứng dụng rộng rãi.

Trong khi đó, các mô hình lý thuyết để dự đoán tiếp xúc giữa gali ôxit và kim loại vẫn còn thiếu hoàn chỉnh, khiến không ít nghiên cứu phải “vừa làm vừa dò đường”. Từ thực tế ấy, TS.Minh Tân định hướng cho sinh viên kết hợp mô phỏng lý thuyết với thực nghiệm, để hiểu rõ bản chất vấn đề trước khi bước vào chế tạo.

Cách làm này không nhanh, thậm chí khá “ngốn công”, TS. Hà MinhTân không cho nhóm đi thẳng vào thí nghiệm, mà liên tục đặt ra những bài toán ngược: nếu thay đổi vật liệu, điều gì sẽ xảy ra, mô phỏng có giải thích được hiện tượng hay không. 

“Thời gian đầu bọn em vừa học thêm lý thuyết, vừa làm thí nghiệm nên cũng áp lực lắm. Nhưng càng làm, bọn em càng hiểu vì sao thầy luôn nhấn mạnh phải nắm được bản chất trước khi nghĩ đến kết quả.” - Đặng Minh chia sẻ.

Trong điều kiện phòng thí nghiệm còn nhiều hạn chế, khó khăn khi nhóm bắt tay vào chế tạo các lớp vật liệu màng mỏng – công đoạn quan trọng của cảm biến. Không có sẵn hệ thống hiện đại, thầy và trò quyết định tự thiết kế, tự chế tạo một hệ thống lắng đọng phù hợp với điều kiện sẵn có.

Quá trình ấy không ít lần “trục trặc”: thiết bị hoạt động chưa ổn định, linh kiện hỏng, kết quả thí nghiệm chưa đạt như kỳ vọng. “Có những lúc phải làm lại từ đầu, vừa tốn thời gian vừa áp lực” - Nguyễn Lê Mạnh An nhớ lại. “Nhưng mỗi lần gặp sự cố, thầy Tân lại cùng cả nhóm ngồi xuống, phân tích xem sai ở đâu rồi chỉnh từng bước”.

Những nỗ lực bền bỉ ấy dần cho “trái ngọt” khi hệ thống thiết bị do nhóm tự chế đạt Giải Ba tại Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu khoa học cấp Đại học năm 2024, trở thành bước đệm quan trọng để nhóm tiếp tục hoàn thiện đề tài và tiến tới sân chơi khoa học cấp cao hơn.

“Quả ngọt” cho những ngày bền bỉ

Song song với thực nghiệm, nhóm sinh viên còn phải tiếp cận các phương pháp tính toán mô phỏng. Không có máy tính hiệu năng cao, mọi phép tính đều được thực hiện trên máy tính cá nhân, mất nhiều thời gian và không ít lần gián đoạn.

“Có phép tính chạy mấy ngày liền, chỉ cần máy gặp trục trặc là phải làm lại” - Đặng Minh kể lại “Nhưng qua đó, bọn em học được cách kiên nhẫn và làm việc cẩn trọng hơn.”

Với thầy Minh Tân, nghiên cứu không phải là chuyện nhanh hay chậm, mà là sinh viên có thực sự hiểu mình đang làm gì hay không. Vì thế, những buổi làm việc giữa thầy và trò thường bắt đầu từ câu hỏi “vì sao”, rồi cùng nhau kiểm chứng, sai đâu sửa đó sau mỗi lần thí nghiệm chưa ra kết quả như mong đợi.

Sau nhiều tháng kiên trì, đề tài “Tiếp xúc gali ôxit – kim loại: Góc nhìn từ lý thuyết phiếm hàm mật độ và hiệu suất cảm biến quang” đã mang về Giải Nhất lĩnh vực Khoa học tự nhiên tại Giải thưởng Khoa học và Công nghệ dành cho sinh viên các cơ sở giáo dục đại học năm 2025. Công trình cũng là đại diện duy nhất của Trường Vật liệu lọt vào Vòng chung khảo và là một trong hai đề tài đạt giải Nhất toàn quốc ở lĩnh vực này.

Với Minh và An, giải thưởng là sự ghi nhận cho kết quả nghiên cứu và là minh chứng cho một quá trình học tập nghiêm túc và bền bỉ. Từ phòng thí nghiệm còn nhiều khó khăn đến sân chơi khoa học cấp quốc gia, hành trình của nhóm sinh viên ngành Kỹ thuật vật liệu, trường Vật Liệu, Bách khoa Hà Nội cho thấy thành quả không đến từ những điều quá lớn lao, mà được tạo nên từ sự đồng hành của người thầy và nỗ lực không ngừng của những người trẻ yêu khoa học.