Nghiên cứu mới của tác giả Việt trên Nature Physics

Polymer là một loại vật liệu ngày càng được sử dụng rộng rãi trong linh kiện điện tử, các sợi quang học, sản xuất/chuyển đổi/lưu trữ năng lượng, chế tạo vật liệu nhẹ, phân tách hóa học, lọc khí và chất lỏng.

Phân tử trong polymer chuyển động hỗn loạn giống với chất lỏng khi ở nhiệt độ cao, nhưng lại có một số tính chất tương tự như tinh thể vật rắn ở nhiệt độ thấp và trạng thái vật liệu này gọi là trạng thái thủy tinh (glassy state). Chuyển động phân tử rất nhạy với nhiệt độ. Những biến thiên trong chuyển động và độ khuếch tán phân tử trở nên phức tạp hơn khi tính đến sự thay đổi trong tương tác giữa các phân tử; kích thước của hệ nghiên cứu hay còn gọi là hiệu ứng giam giữ, và ảnh hưởng của mặt phân cách giữa polymer với với môi trường hay với vật liệu khác.

30 năm trở lại đây, các mô hình lý thuyết và hiểu biết cơ bản về chuyển động phân tử giúp người chế tạo có thể kiểm soát các đặc tính vĩ mô trong vật liệu polymer với mặt phân cách khác nhau vẫn còn hạn chế.

TS Phan Đức Anh cho biết, có rất nhiều mô hình lý thuyết nhưng phần lớn chỉ đưa ra được các tính toán định tính và chỉ giải thích được một vài hiện tượng đơn lẻ, chưa có nhà khoa học nào đưa ra phương pháp tổng quát và thống nhất mô tả định lượng hiện tượng vật lý cho động lực học phân tử và các tính chất liên quan trong hệ polymer có kích thước khác nhau. Việc khám phá và dự đoán được đặc tính của polymer thay đổi ở kích thước nhỏ và các hiện tượng ở gần mặt phân cách sẽ mở đường cho việc phát triển nhiều sản phẩm mới được xây dựng bằng cấu trúc đa thành phần có kích thước nano.

Trong nghiên cứu của mình, TS Phan Đức Anh và nhóm cộng sự đã kết hợp lý thuyết và mô phỏng để miêu tả các đặc tính chính thay đổi chuyển động phân tử trong hệ màng polymers mỏng với môi trường xung quanh.

Bằng tính toán, TS Phan Đức Anh đã tìm ra sự khác biệt trong bản chất biến thiên chuyển động phân tử ở vùng gần và xa mặt phân cách.

Để xác nhận tính chính xác trong mô hình lý thuyết này, hai cộng sự trong nhóm nghiên cứu - gồm PGS David S. Simmons (ĐH South Florida) và TS Asieh Ghanekarade (ĐH Virginia) - đã phát triển một kỹ thuật mô phỏng động lực học phân tử cho hệ polymers rất nhiều lần với độ chính xác trong tính toán cao nhất từ trước đến nay và kết quả đạt được độ trùng khớp rất cao.

TS Phan Đức Anh chia sẻ, để chuẩn bị cho bài báo gửi đến tạp chí Nature Physics, nhóm nghiên cứu đã tính toán, trao đổi trong 6 tháng và viết bài trong 3 tháng với hơn 15 phiên bản khác nhau. Cuối cùng, nhóm đã cho ra đời bài báo hoàn chỉnh, với tiêu đề “Signature of collective elastic glass physics in surface-induced long-range tails in dynamical gradients”, được đăng trên Nature Physics - một trong những tạp chí vật lý hàng đầu thế giới, xếp hạng Q1-R1 với chỉ số ảnh hưởng IF = 19.684 - vào cuối tháng 3 vừa qua.

Theo Trường ĐH Phenikaa, đây là nghiên cứu lý thuyết đầu tiên từ Việt Nam được tạp chí danh giá này thông qua.