Kết quả tài trợ nổi bật – NCCB KHTN

Nội dung của cụm ba công trình góp phần giải quyết vấn đề thực tiễn cấp bách mang tính toàn cầu hiện nay là ô nhiễm môi trường. Trong đó ô nhiễm môi trường do sự phát tán của các hóa chất tổng hợp đã được chứng minh có độc tính gây rối loạn nội tiết mới nổi như nhóm phthalate và siloxane đang thu hút được sự quan tâm rất lớn của cộng đồng trong những năm gần đây. Phthalate (ester của acid phthalic) và siloxane (silic hữu cơ có chứa nhóm methyl) là hai nhóm chất bao gồm nhiều đồng loại có cấu trúc phức tạp và được biết đến là các phụ gia được sử dụng rất phổ biến với hàm lượng lớn (lên tới vài phầm trăm về khối lượng) trong nhiều sản phẩm như: các vật liệu bằng nhựa, vật dụng gia đình, đồ chơi trẻ em, sản phẩm chăm sóc cá nhân, mỹ phẩm, dược phẩm và thẩm mỹ…. Do được sử dụng rộng rãi, các hóa chất này đã phát tán vào các môi trường khác nhau và thậm chí đi vào chuỗi thức ăn của con người và động vật. Đáng quan tâm hơn bởi gần đây các nhà khoa học đã tìm thấy những bằng chứng về độc tính của chúng đối với động vật trong phòng thí nghiệm. Tác động chính của các nhóm phthalate và siloxane là làm thay đổi hệ nội tiết của động vật thí nghiệm như hormone sinh sản (estrogen), hormone sinh trưởng và hệ vận động. Tuy nhiên, cho đến nay những hiểu biết về mức độ phân bố trong môi trường của nhóm hóa chất này vẫn còn rất hạn chế do thiếu các phương pháp đồng bộ và năng lực phân tích chưa đáp ứng yêu cầu. Vì vậy, việc lựa chọn hướng nghiên cứu xây dựng các phương pháp phân tích hiện đại và chính xác; khả năng xử lý và làm sạch môi trường; để nâng cao hiểu biết của cộng động về nguồn gốc, sự tích lũy, rủi ro đối với môi trường để từ đó đề ra các giải pháp nhằm quản lý, sử dụng, kiểm soát các hóa chất nhóm phthalate và siloxane một cách hiệu quả là những vấn đề hết sức quan trọng và cấp bách. Hình 1: Biểu đồ phân tích thành phần chính của phthalic acid ester (phthalate và siloxane) trong không khí tại Hà Nội (Nguồn: Science of the Total Environment, 760, 143380) Công trình thứ nhất: Nội dung của nghiên cứu này phát triển phương pháp phân tích chính xác cao, hiệu quả, đồng thời 10 hợp chất nhóm phthalate và 3 hợp chất siloxane mạch vòng trong không khí ở lượng vết. Nghiên cứu đã xác định thành phần của phthalate và siloxane trong hai pha (pha hạt và pha hơi), từ đó nhóm tác giả tính toán hằng số phân bố (Kp) và hệ số phát tán (Kow) bằng phương trình bán thực nghiệm. Nhóm tác giả cũng đã đề xuất công thức ước lượng mức độ rủi ro phơi nhiễm của các hóa chất này qua con đường hít thở không khí cho các nhóm lứa tuổi khác nhau. Nghiên cứu có ý nghĩa và giá trị khoa học quan trọng trong việc phát triển các phương pháp phân tích chính xác, hiện đại; đồng thời cung cấp những hiểu biết mới về nguồn gốc phát tán, mức độ ô nhiễm trong không khí và rủi ro phơi nhiễm ở Việt Nam do các hóa chất gây rối loạn nội tiết mới nổi nhóm phthalate và siloxane. Công trình thứ hai: Trong nghiên cứu này, phương pháp chính xác để phân tích các hợp chất siloxane mạch vòng trong môi trường nước đã được phát triển thành công dựa trên thiết bị sắc ký khí ghép nối khối phổ (GC-MS) và kỹ thuật chiết pha rắn (SPE). Phương pháp phân tích có độ thu hồi cao, độ lặp lại và độ ổn định tốt, độ lệch chuẩn nhỏ, giới hạn phát hiện thấp để có thể định lượng các chất siloxane trong mẫu nước ở mức lượng vết. Nhóm tác giả đã áp dụng phương pháp phát triển được để phân tích, quan trắc mức độ phân bố của các chất siloxane mạch vòng trong các loại mẫu nước thu thập tại khu vực nội đô Hà Nội bao gồm: nước máy, nước đóng chai, nước ao hồ và nước thải (trước và sau khi xử lý). Nghiên cứu đã cung cấp bộ số liệu đáng tin cậy về mức độ ô nhiễm, bước đầu đánh giá liều lượng rủi ro phơi nhiễm siloxane qua con đường nước uống cho các nhóm lứa tuổi khác nhau và rủi ro sinh thái cho các động vật thủy sinh do sự tích lũy của siloxane trong môi trường nước. Hình 2: Mức độ ô nhiễm của phthalic acid ester (phthalate) trong các loại mẫu nước khác nhau (Nguồn: Science of the Total Environment, 788, 147831) Công trình thứ ba: Công trình là một trong những báo cáo tiên phong về đối tượng hóa chất nhóm phthalate và mẫu nước được nghiên cứu tại Việt Nam. Nghiên cứu đã phát triển phương pháp xác định đồng thời 10 chất phthalate trong mẫu nước dựa trên kỹ thuật chiết pha rắn (SPE) kết hợp với sắc ký khí ghép nối khối phổ (GC-MS). Ưu điểm của phương pháp là độ chính xác và độ ổn định cao, độ thu hồi tốt, giới hạn phát hiện thấp để có thể định danh và định lượng đồng thời 10 hợp chất nhóm phthalate trong mẫu nước ở lượng vết, tiết kiệm dung môi hữu cơ độc hại, giảm thời gian chuẩn bị mẫu và chi phí thu thập mẫu môi trường. Công trình là một trong số ít những báo cáo trên thế giới về mức độ phân bố và ô nhiễm của các

Vũ trụ sớm là hệ lượng tử, tuy nhiên bất tuân các định luật về vật lý lượng tử chúng ta biết. Tại Bigbang, hiệu ứng hấp dẫn lượng tử chi phối, nhưng hấp dẫn Einstein chỉ là cổ điển, không tự hợp khi lượng tử hóa cho mô tả Bigbang. Sau Bigbang, vũ trụ giãn nở lạm phát, pha này không xuất hiện trong các lý thuyết đã biết. Sau lạm phát, bất đối xứng vật chất phản vật chất và vật chất tối được sinh ra, tuy nhiên không thể mô tả trong mô hình chuẩn về hạt cơ bản. Neutrino xuất hiện từ vũ trụ sớm, nhưng dao động neutrino cũng không thể giải thích trong mô hình chuẩn. Khối lượng neutrino, bất đối xứng vật chất phản vật chất, vật chất tối, và lạm phát vũ trụ là những vấn đề lớn, quan trọng của vật lý học hiện đại. Các dị thường vật lý mới ở LHC và các thực nghiệm khác xuất hiện, thu hút sự quan tâm. Hiểu được chúng sẽ cho chúng ta xác định được vũ trụ sớm, tiếp cận đến Bigbang, và luận giải về trạng thái hiện tại của vũ trụ. Các vấn đề trên có tính thời sự, được thảo luận sôi nổi trên toàn thế giới (điển hình: Mỹ, Châu Âu, Nhật Bản) không trừ Việt Nam, trên cả phương diện thực nghiệm lẫn lý thuyết, nhiều năm qua. Đề xuất truyền thống nhằm mở rộng mô hình chuẩn và thuyết tương đối rộng (siêu đối xứng, thêm chiều, thống nhất lớn, v.v.) chỉ giải quyết riêng lẻ vấn đề và cho một số dự đoán mâu thuẫn thực nghiệm. Thành công của nguyên lý đối xứng chuẩn trong mô tả các tương tác của tự nhiên (điện từ, yếu, mạnh, hấp dẫn) gợi ý tồn tại một đối xứng chuẩn cơ bản hơn, đối xứng chuẩn tối – dark gauge symmetry, có thể cầu nối đến bí ẩn Bigbang, giải thích trọn vẹn các vấn đề trên. Chúng tôi đã đề xuất một đề tài nghiên cứu mạnh, trong đó nguyên lý chuẩn tối, “Kết nối vật lý hạt với vũ trụ sớm”, được xác định cụ thể bằng ba mô hình mới sau: 1) Mô hình với đối xứng Abelian tối; 2) Mô hình với đối xứng không Abelian tối; 3) Mô hình thống nhất lớn tối. Tìm được một lý thuyết mở rộng cho hiểu về vũ trụ sớm và Bigbang là một trong những bài toán lớn nhất của vật lý học hiện đại thế kỷ thứ 21 này. Vì vậy, đề xuất trên nhằm tìm một luật cơ bản hơn thay thế các lý thuyết đã biết chi phối vũ trụ sớm là hoàn toàn mới, có ý nghĩa khoa học cao. Ở thang lạm phát, lý thuyết này làm việc với không thời gian cong, cho phép mô tả động lực lạm phát, hiệu ứng với hấp dẫn, và đặc biệt cách trường lạm phát sinh bức xạ và vật chất quan sát ngày nay. Lý thuyết sẽ hội tụ đến Bigbang, cho phép thăm dò Bigbang, nhưng không mô tả Bigbang vì lượng tử hóa trường hấp dẫn nằm ngoài phạm vi của đề tài. Các dị thường vật lý mới đang được chứng minh bởi LHC và các thực nghiệm khác chỉ ra manh mối cho sự tồn tại của nguyên lý chuẩn tối. Nó giải thích các vấn đề thực nghiệm vật lý hạt và vũ trụ học, giúp cộng đồng vật lý có cái nhìn sâu, rộng hơn về một thế giới vi mô có thể.   Nhiều thập kỷ qua, cộng đồng khoa học thế giới trong đó có nhóm nghiên cứu của GS.TS. Phùng Văn Đồng (xem Hình 2)  nghiên cứu về vấn đề này và chỉ ra rằng tồn tại một nguyên lý tổng quát, cho giải quyết tích hợp các vấn đề thực nghiệm đã nêu. Trên con đường tìm nguyên lý đó, chúng ta đã có những bước tiến lớn, như cơ chế seesaw, cơ chế scotogenic, nguyên lý chuẩn bền vật chất tối, v.v. Nguyên lý chuẩn tối nếu được kiểm chứng sẽ là một cuộc cách mạng trong nhận thức của chúng ta về vũ trụ sớm. Nhóm nghiên cứu đã có những công trình ảnh hưởng trên con đường tìm lý thuyết mới, như mô hình 3-3-1-1 đoạt Giải thưởng Tạ Quang Bửu năm 2016 (TS.Phùng Văn Đồng) và lý thuyết hấp dẫn có khối lượng phi tuyến cũng đạt giải thưởng Tạ Quang Bửu năm 2018 (TS. Đỗ Quốc Tuấn). Nhóm nghiên cứu gồm 15 thành viên chủ chốt làm về vật lý năng lượng cao và vũ trụ học, hợp tác với nhau nhiều năm và tự đào tạo nguồn nhân lực cho mình, đã thực hiện nhiều đề tài nghiên cứu cơ bản do Quỹ NAFOSTED với nhiều kết quả công bố được đánh giá rất tốt. GS.TS. Phùng Văn Đồng đã thực hiện 5 đề tài nghiên cứu cơ bản do Quỹ NAFOSTED tài trợ, là tác giả chính của 70 bài ISI uy tín. PGS.TS. Đỗ Quốc Tuấn đã thực hiện 2 nghiên cứu cơ bản do Quỹ NAFOSTED tài trợ, công bố được 30 bài báo thuộc Danh mục tạp chí ISI có uy tín. TS. Đỗ Thị Hương đã thực hiện 3 nghiên cứu cơ bản do Quỹ NAFOSTED tài trợ, công bố được 40 bài báo thuộc Danh mục tạp chí ISI có uy tín. GS.TS. Đặng Văn Soa đã hoàn thành 3 nghiên cứu cơ bản do Quỹ NAFOSTED tài trợ, công bố được 40 bài báo thuộc Danh mục tạp chí ISI có uy tín. TS. Trần Văn Quế và TS. Dương Văn Lợi công bố được 40 bài báo thuộc Danh mục tạp chí ISI có uy tín, là các nhà vật lý trẻ đang tích cực nghiên cứu và đạt được các thành tích đáng khích

Hiệu ứng Kondo là một hiện tượng vật lý đặc biệt, được quan sát trong các kim loại có pha tạp các nguyên tử mang từ tính. Khác với tính chất thường thấy ở kim loại nguyên chất – nơi điện trở suất giảm khi nhiệt độ giảm – trong các hệ có tạp chất từ, điện trở suất lại tăng khi nhiệt độ hạ thấp. Nguyên nhân của hiện tượng này là do tương tác từ giữa spin của các điện tử dẫn và spin của các tâm tạp. Mặc dù hiệu ứng này đã được phát hiện trong thực nghiệm từ năm 1934, phải đến năm 1964, nhà vật lý người Nhật Jun Kondo mới đưa ra lời giải thích lý thuyết thuyết phục cho hiện tượng trên, từ đó hiệu ứng mang tên ông. Điều đáng chú ý là các hiện tượng tương tự hiệu ứng Kondo thông thường cũng có thể xảy ra ngay cả khi không có bậc tự do từ tính. Chúng xuất hiện bất cứ khi nào tồn tại sự suy biến lượng tử liên kết với một thể liên tục. Một ví dụ điển hình là hiệu ứng Kondo điện tích, trong đó các trạng thái suy biến liên quan đến điện tích – thay vì spin – đóng vai trò trung tâm. Một trong những hệ vật lý tiêu biểu để nghiên cứu hiện tượng này là các chấm lượng tử: những đảo kim loại cực nhỏ, nơi các điện tử bị giam giữ trong cả ba chiều không gian, dẫn đến sự lượng tử hóa các mức năng lượng. Hiệu ứng Kondo điện tích lần đầu tiên được đề xuất trong các mô hình lý thuyết bởi Flensberg, Matveev và Furusaki trong giai đoạn 1993–1995. Tại Việt Nam, nghiên cứu lý thuyết về hiệu ứng này đã được TS. Nguyễn Thị Kim Thanh, Viện Vật lý – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, nghiên cứu trong khuôn khổ hợp tác với GS. Mikhail Kiselev, Trung tâm Vật lý Lý thuyết Quốc tế Abdus Salam. Bước ngoặt thực nghiệm quan trọng xảy ra vào năm 2015, khi nhóm nghiên cứu của GS. Frédéric Pierre tại Đại học Paris-Saclay thành công trong việc thiết lập các thí nghiệm xác thực hiệu ứng Kondo điện tích. Thành tựu này không chỉ củng cố cơ sở lý thuyết mà còn mở đường cho việc nghiên cứu các biến thể phức tạp hơn như hiệu ứng Kondo đa kênh, nơi một bậc tự do lượng tử hóa (spin hoặc điện tích) được liên kết đồng thời với nhiều điện cực độc lập. Năm 2017, tại Hội nghị quốc tế “Vật lý nano: từ cơ bản đến ứng dụng – Sự trở lại” tổ chức tại Quy Nhơn, Việt Nam, TS. Nguyễn Thị Kim Thanh đã có cơ hội gặp gỡ và trao đổi trực tiếp với GS. Frédéric Pierre, người trình bày về các kết quả mới nhất liên quan đến hiệu ứng Kondo điện tích ba kênh – một hiện tượng có độ phức tạp cao trong vật lý chất rắn. Khi đó, các mô hình lý thuyết cho trường hợp hai kênh đã được công bố, và TS. Kim Thanh đã bày tỏ sự quan tâm đặc biệt đến việc phát triển mô hình lý thuyết cho trường hợp ba kênh. Sự hợp tác nghiên cứu đã được cụ thể hóa qua công trình khoa học mang tên “Truyền dẫn nhiệt điện trong mạch Kondo điện tích ba kênh”, đăng trên tạp chí Physical Review Letters (Số 125, trang 026801, năm 2020). Bài báo là một phần trong đề tài nghiên cứu “Truyền dẫn điện tử không cân bằng qua các hệ chấm lượng tử trong chế độ Kondo” (mã số 103.01-2020.05) được Quỹ Nafosted tài trợ, góp phần làm sâu sắc thêm hiểu biết về truyền dẫn lượng tử và các hiệu ứng tương quan mạnh trong các hệ nano. Hình 1. Sơ đồ mạch Kondo điện tích ba kênh trong công trình “Truyền dẫn nhiệt điện trong mạch Kondo điện tích ba kênh”, được đăng trên tạp chí Physical Review Letter năm 2020 (Physical Review Letters 125, 026801 (2020)). Hình minh họa đi kèm mô tả một trong những thiết lập tiêu biểu nhất để quan sát hiệu ứng Kondo điện tích, được xây dựng dựa trên một bóng bán dẫn điện tử đơn. Trong đó, một chấm lượng tử kim loại lớn được liên kết mạnh với ba điện cực thông qua ba tiếp điểm lượng tử đơn mode, gần như truyền dẫn hoàn toàn. Cấu trúc này được gọi là “máng”. Sự suy biến của trạng thái điện tích trong chấm lượng tử có thể được mô hình hóa tương tự như spin giả: các điện tử đi vào chấm tương ứng với “giả spin hướng lên”, trong khi các điện tử đi ra tương ứng với “giả spin hướng xuống”. Quá trình đảo chiều giả spin này xảy ra tại các tiếp điểm lượng tử, đóng vai trò như điểm giao tiếp giữa chấm và các điện cực. Số lượng tiếp điểm lượng tử trong thiết lập này tương ứng trực tiếp với số kênh Kondo – một yếu tố quyết định đến tính chất vật lý của hệ. Trong loạt thí nghiệm do nhóm của GS. Frédéric Pierre thực hiện, dòng điện biên được tạo ra trong chế độ Hall lượng tử nguyên đóng vai trò chủ đạo. Hệ được duy trì trong trạng thái cân bằng nhiệt động cục bộ trong vùng máng, trong khi một điện cực bổ sung – gọi là nguồn – được liên kết yếu với chấm lượng tử và được duy trì ở nhiệt độ cao hơn. Sự chênh lệch nhiệt độ tại liên kết yếu này tạo điều kiện để khảo sát hiện tượng truyền dẫn nhiệt điện lượng tử. Tại liên kết yếu, điện tử có thể “chui ngầm” vào hoặc ra khỏi chấm