Quỹ Phát triển khoa học và công nghệ Quốc gia

CỔNG THÔNG TIN ĐIỆN TỬ
QUỸ PHÁT TRIỂN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUỐC GIA
Menu

Kết quả tài trợ nổi bật

Kết quả tài trợ nổi bật, Kết quả tài trợ nổi bật - NCCB KHTN

Hiệu ứng Kondo điện tích và đóng góp nổi bật của nhà khoa học Việt Nam

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

Kết quả tài trợ nổi bật

Ứng dụng kinh nghiệm quản lý tài nguyên nước ở ĐBSCL (Việt Nam) vào giải quyết bài toán xâm nhập mặn trên LVS Cauto Cộng hòa Cuba

Lưu vực sông Cauto – dòng sông dài nhất và có ý nghĩa rất lớn đối với an ninh lương thực quốc gia của Cuba – đang đối mặt với những thách thức chưa từng có do tác động kép của biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế – xã hội. Với chiều dài hơn 340 km, bắt nguồn từ dãy Sierra Maestra và chảy qua bốn tỉnh trọng điểm nông nghiệp là Granma, Holguin, Santiago de Cuba và Las Tunas, lưu vực này cung cấp nước tưới và sinh hoạt cho khoảng 10% dân số cả nước. Tuy nhiên, trong những thập kỷ gần đây, khu vực này liên tục trải qua các đợt hạn hán nghiêm trọng, đặc biệt trong mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4 hàng năm. Dù có lượng mưa trung bình lên tới 1.200 mm mỗi năm, hệ thống lưu trữ và phân phối nước xuống cấp khiến vùng này thường xuyên lâm vào tình trạng thiếu nước trầm trọng. Ảnh: Viện Khoa học tài nguyên nước, Bộ Nông nghiệp và Môi trường Trong bối cảnh dữ liệu đo đạc khí tượng tại Cuba còn rất hạn chế, nhóm nghiên cứu do TS.Trần Anh Phương và ThS.Trần Bảo Chung – Viện Khoa học tài nguyên nước, Bộ Tài nguyên và Môi trường (nay là Bộ Nông nghiệp và Môi trường) đã thực hiện “Nghiên cứu hiện trạng nguồn nước mặt và dự báo xâm nhập mặn tại lưu vực sông Cauto làm cơ sở đề xuất các giải pháp tăng cường sản xuất lúa gạo và cải thiện cấp nước cho người dân”, mã số NĐT.100.CU/21, nhiệm vụ được triển khai trong khuôn khổ Nghị định thư hợp tác với Cuba, kinh phí nhiệm vụ được tài trợ thông qua Văn phòng các Chương trình khoa học và công nghệ quốc gia, Bộ Khoa học và Công nghệ (nay là Quỹ Phát triển khoa học và và công nghệ Quốc gia, Bộ Khoa học và Công nghệ). Nhiệm vụ ứng dụng nguồn dữ liệu mưa vệ tinh CHIRPS với độ phân giải cao, kết hợp hiệu chỉnh bằng số liệu từ các trạm đo tại chỗ, để phân tích đặc điểm hạn hán trong không gian và thời gian trên toàn lưu vực. Bằng cách tính toán chỉ số hạn hán SPI (Standardized Precipitation Index) ở ba tháng thời gian 3, 6 và 9 tháng trong giai đoạn 1981–2023, nhóm nghiên cứu đã xác định rõ chu kỳ, cường độ và phạm vi ảnh hưởng của các đợt hạn. Kết quả cho thấy tần suất hạn hán trung bình trong toàn vùng dao động từ 15 đến 17% tổng thời gian, trong đó các đợt hạn nghiêm trọng nhất xảy ra vào các năm 1988, 1992, 1998 và đặc biệt là năm 2004–2005 với chỉ số SPI xuống dưới −2, phản ánh điều kiện khô hạn cực đoan. Điều đáng lưu ý là hạn hán không chỉ diễn ra thường xuyên mà còn có xu hướng gia tăng mức độ nghiêm trọng vào mùa khô. Phân tích thống kê bằng phương pháp Mann–Kendall cho thấy có dấu hiệu giảm dần của chỉ số SPI trong các tháng mùa khô, trong khi các tháng mùa mưa có xu hướng ẩm hơn – một minh chứng rõ rệt cho sự thay đổi của chế độ mưa dưới tác động của biến đổi khí hậu toàn cầu. Không chỉ dừng lại ở nhận diện các đợt hạn, nhóm nghiên cứu còn phân tích sâu sắc về sự khác biệt theo địa hình, trong đó các khu vực đồng bằng ở hạ lưu chịu hạn kéo dài và cường độ cao hơn đáng kể so với vùng đồi núi phía thượng nguồn. Để có cái nhìn toàn diện hơn về hiện trạng tài nguyên nước, nhóm tác giả đã phát triển một mô hình tích hợp giữa SWAT (mô phỏng thủy văn) và WEAP (phân bổ nguồn nước) nhằm đánh giá đầy đủ chu trình cung – cầu – cân bằng nước trên toàn lưu vực, cả trong hiện tại và theo kịch bản đến năm 2050. Các kết quả mô phỏng cho thấy tổng nhu cầu sử dụng nước hiện tại của lưu vực sông Cauto khoảng 1.194 triệu mét khối mỗi năm, trong đó 96% dành cho nông nghiệp – chủ yếu là cây lúa và cây trồng cạn. Nhu cầu nước cho sinh hoạt và chăn nuôi chỉ chiếm lần lượt 3% và 1%. Tuy nhiên, đến giữa thế kỷ 21, tổng nhu cầu nước được dự báo tăng lên 1.394 triệu mét khối mỗi năm (tăng 16,6%), do diện tích canh tác mở rộng theo định hướng phát triển kinh tế nông nghiệp, trong khi dân số có xu hướng giảm nhẹ. Ở chiều ngược lại, nguồn cung nước không những không tăng mà còn giảm nhẹ (khoảng 2,5%) do hiện tượng bốc hơi mạnh hơn, đặc biệt trong mùa mưa – hệ quả tất yếu của xu thế nhiệt độ tăng. Kết quả là tình trạng mất cân bằng nước ngày càng nghiêm trọng, với tổng lượng thiếu hụt tăng từ 172 triệu mét khối trong hiện tại lên tới 262 triệu mét khối vào năm 2050, tương đương mức tăng hơn 52%. Các vùng có nguy cơ thiếu nước cao nhất là tiểu lưu vực SB3 và SB12 thuộc vùng Bayamo – nơi tập trung sản xuất lúa gạo với nhu cầu nước rất lớn. Trên cơ sở các kết quả này, nhóm nghiên cứu đề xuất loạt giải pháp có tính ứng dụng cao cho quản lý tài nguyên nước và thích ứng với biến đổi khí hậu tại Cuba. Trước hết, cần tiếp tục mở rộng việc sử dụng các mô hình tích hợp như SWAT–WEAP kết hợp dữ liệu vệ tinh CHIRPS, IMERG, ERA5… để xây dựng hệ thống hỗ trợ ra quyết định (DSS) cho các cơ quan quản lý. Hệ thống này có

Kết quả tài trợ nổi bật, Tài trợ

Ô nhiễm vi nhựa trong các loài sò vẹm có ở mức đáng lo ngại?

Với sự tài trợ của NAFOSTED và Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam, nhóm các nhà khoa học ở ĐH Tài nguyên và Môi trường, Bệnh viện Phổi Trung ương, Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam… và các đồng nghiệp Pháp thực hiện nghiên cứu ở vùng duyên hải miền Bắc, trên các loài nhuyễn thể hai mảnh vỏ. Vi nhựa có thể xâm nhập vào cơ thể con người qua đường ăn uống. Nguồn: Shutterstock Hiện đã có nhiều nghiên cứu tìm hiểu về sự xuất hiện của vi nhựa ở nhiều hệ sinh thái khác nhau, ví dụ như trầm tích bờ biển Đà Nẵng, Tiền Giang, Vũng Tàu sông Sài Gòn và kênh, lõi trầm tích sông Hồng và Tiên Yên… Lo ngại về vi nhựa trên nhuyễn thể hai mảnh vỏ ở Việt Nam, đã có nghiên cứu đánh giá ở Thanh Hóa ghi nhận các nồng độ vi nhựa ở vẹm xanh châu Á (Perna viridis), nghêu Bến (Meretrix lyrata), ngao hai cồi (Tapes dorsatus)… Tuy nhiên vẫn chưa rõ ảnh hưởng của mùa (mùa khô và mùa mưa) và vùng địa lý với sự phân bố của vi nhựa. Nhóm nghiên cứu đặt giả thuyết có thể là cơ chế mùa và vùng địa lý sẽ đem lại những gợi ý về quản lý môi trường và bảo vệ sức khỏe con người. Họ đã thu thập sò huyết và vẹm xanh từ các bãi lầy triều thuộc cửa Ba Lạt, Vân Đồn, Cát Bà, nơi có liên quan trực tiếp đến những hoạt động nhân sinh rất đa dạng như nuôi trồng thủy sản, du lịch, vận tải… Mẫu được lấy trong mùa mưa (tháng 7/2020) và mùa khô (tháng 1/2021). Phân tích cho thấy, nồng độ vi nhựa ở sò huyết từ 1,25 đến 2,67 mảnh/con và từ 0,38 đến 1,48 mảnh/gam khô. Vi nhựa dạng sợi chiếm nhiều nhất trong tổng số vi nhựa với 93 % trong khi dạng mảnh chỉ 7%. Phần lớn dạng sợi có nhiều màu sắc như hồng 26 %, tía 18 %, xanh lam 17%, xám 11% và đen 10%. Dẫu không có xu hướng khác nhau về hình dạng, màu sắc vi nhựa ở ba địa điểm lấy mẫu cũng như theo mùa nhưng có một số thông tin khác như vi nhựa nhỏ nhất là 50 µm, vi nhựa lớn nhất là 2.000 µm và các vi nhựa nhỏ dưới 1 mm chiếm tới hơn 90 % vi nhựa ở mẫu sò huyết. Ở vẹm xanh, nồng độ vi nhựa từ 2,13 đến 6,75 trên một con và từ 0,33 đến 1,36 vi nhựa/gam khô. Tương tự sò huyết, không có sự khác biệt về nồng độ trên các con vẹm xanh, vi nhựa dạng sợi lấn át, chiếm 93 %, còn lại là dạng mảnh. Họ quan sát được 10 dạng màu sắc phổ biến và một nửa vi nhựa ở vẹm xanh từ 100 đến 300 µm (46 %), còn lại là 300 đến 1000 µm (43 %). Phân tích thành phần hóa học cho thấy, chủ yếu là các dạng polymer với 53 % polyethylene (PE) – loại nhựa phổ biến trong bao bì đóng gói; 35 % polypropylene (PP) – loại nhựa nhiệt dẻo thường làm đồ gia dụng, và 12 % polyvinyl chloride (PVC) – loại nhựa nhiệt dẻo trong sản xuất công nghiệp. Sự lấn át của vi nhựa dạng sợi của cả vẹm xanh lẫn sò huyết cho thấy xu hướng ô nhiễm của môi trường nước và trầm tích, từng được khẳng định trong nghiên cứu lấy mẫu ở bốn địa điểm khác nhau trên vịnh Bắc Bộ. Sự khác biệt về các dạng polymer ở hai loài có thể liên quan đến nơi sống của từng loại. Các nhà khoa học cho rằng, nguồn ô nhiễm có thể chủ yếu từ hoạt động du lịch, sinh hoạt và một phần đáng kể của nuôi trồng, đánh bắt thủy sản. Vậy lượng vi nhựa này có ảnh hưởng đến sức khỏe con người? Ước tính, việc ăn các loài sò vẹm chứng tỏ con người có thể phơi nhiễm 900 đến 11.500 vi nhựa/người/năm, không tính đến việc ăn các tạo vật của biển khác, như cá, muối… Tuy nhiên, mức độ phơi nhiễm vi nhựa qua uống nước chai và bia cao gấp 15 lần, còn hít thở, nguồn nhiễm lớn nhất cho người, gấp 3.000 lần so với uống. Nghiên cứu chỉ dấu con người đang phải đối mặt với nguy cơ rủi ro cao do phơi nhiễm vi nhựa qua ba đường chính: ăn uống, hít thở và uống nước. Do đó, họ cho rằng cần có những nghiên cứu tương lai để bổ sung thêm vào cơ sở dữ liệu về nhựa ở Việt Nam, đồng thời nhấn mạnh vào việc quản lý tốt hơn trong việc sử dụng, tái chế và quản lý chất thải nhựa ở Việt Nam để bảo vệ môi trường và sức khỏe. Trong quá trình này, có thể sử dụng các loài hai mảnh vỏ như một chỉ thị sinh học về vi nhựa. Bài báo được xuất bản trên Regional Studies in Marine Science, “Occurrence of microplastics in bivalves from the northern coast of Viet Nam”. Tin: Thanh Nhàn – Tạp chí Tia Sáng

Lên đầu trang