1. Graphene và các cấu trúc vật liệu xếp lớp 2 chiều van der Waals

• Mô phỏng cấu trúc nguyên tử và khảo sát các tính chất cơ học của mạng nguyên tử các vật liệu 2 chiều;
• Tính toán cấu trúc điện tử, khảo sát các tính chất quang và truyền dẫn điện của các vật liệu 2 chiều;
• Nghiên cứu hiệu ứng tương tác giữa các lớp vật liệu lên các tính chất điện tử, quang học và truyền dẫn điện của các cấu trúc vật liệu xếp lớp van der Waals;
• Thiết kế các cấu trúc linh kiện mới trên cơ sở khai thác các tính chất Vật lý của các vật liệu 2 chiều và cấu trúc vật liệu xếp lớp van der Waals;
• Phát triển các phương pháp và kỹ thuật tính toán hiệu quả để khảo sát các tính chất vật lý cơ bản của graphene và các vật liệu 2 chiều; mô phỏng hoạt động của các cấu trúc linh kiện.

2. Vật lý các hệ tương tác điện tử mạnh

• Nghiên cứu sự cạnh tranh giữa hiệu ứng Kondo và tương tác Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida của hệ tạp lượng tử trên mạng nền graphene;
• Phát triển phương pháp phiếm hàm mật độ kết hợp với lý thuyết trường trung bình động cho các vật liệu tương quan điện tử mạnh và áp dụng cho hệ có liên kết spin-orbit;
• Giải quyết bằng phương pháp tái chuẩn hóa số tiến triển theo thời gian một số lớp bài toán trong các hệ tương quan điện tử mạnh bất cân bằng như hệ tạp Kondo dưới điện trường, phổ năng lượng phân giải theo thời gian và hệ mạng tinh thể.

3. Vật liệu và cảm biến nano

• Nghiên cứu tổng hợp, chế tạo các vật liệu nano khác nhau bao gồm các oxit kim loại cấu trúc nano như các hạt nano, thanh nano, dây nano và cấu trúc thứ cấp, các ống nano như ống nano carbon, graphene và 2D kim loại chuyển tiếp (TMDs);
• Nghiên cứu phát triển các thế hệ cảm biến khí khí mới trên cơ sở các dây nano oxit kim loại bán dẫn và các hệ đa cảm biến sử dụng các dây nano biến tính với các hạt xúc tác khác nhau;
• Nghiên cứu phát triển các cảm biến khí tiêu thụ điện cực thấp sử dụng các loại dây nano cho các ứng dụng IoT và mũi điện tử;
• Nghiên cứu cảm biến khí có độ nhạy siêu cao trên cơ sở các chuyển tiếp lai dị thể của ống nano carbon hoặc graphene với dây nano oxit kim loại;
• Nghiên cứu phát triển hệ thống thiết bị đo thông minh sử dụng các cảm biến nano phục vụ quan trắc khí độc trong các môi trường nguy hiểm.

4. Tổng hợp vật liệu nano tiên tiến bằng phương pháp lắng đọng đơn lớp nguyên tử từ pha hơi

Sử dụng công nghệ lắng đọng đơn lớp nguyên tử từ pha hơi (ALD) để lắng đọng các màng mỏng hoặc các hạt nano của các vật liệu kim loại, oxit kim loại và các vật liệu điện môi như SiO2, Al2O3 cho các ứng dụng trong các lĩnh vực:

• Xúc tác quang: Biến tính bề mặt TiO2 bằng các hạt nano kim loại (Pt, Ag) hoặc oxit kim loại (AgO, CuO, Cu2O, Fe2O3, WO3) nhằm tăng cường hoạt tính xúc tác quang của TiO2;
• Tổng hợp khí hydro: Các cấu trúc dị thể kim loại/oxit (Pt/TiO2, Au/TiO2) hoặc oxit/oxit (WO3/TiO2, Fe2O3/TiO2) nhằm tăng cường hiệu suất tách khí hydro từ nước;
• Thay đổi tính chất dính ướt của bề mặt vật liệu sử dụng các màng mỏng có tính chất dính ướt hoặc không dính ướt (Al2O3, SiO2).

5. Spintronics và công nghệ cảm biến từ

• Nghiên cứu hiệu ứng từ điện trở khổng lồ (GMR) và tổng hợp chế tạo cấu trúc van spin;
• Nghiên cứu hiệu ứng từ điện trở xuyên ngầm (TMR), các hiện tượng vận chuyển spin trong cấu trúc xuyên ngầm và tổng hợp chế tạo cấu trúc TMR;
• Nghiên cứu tổng hợp chế tạo các vật liệu từ khác nhau, bao gồm màng mỏng từ đơn lớp, đa lớp, và cấu trúc từ vô định hình cho ứng dụng cảm biến từ;
• Nghiên cứu ứng dụng hiệu ứng gating flux trong cảm biến từ với độ phân giải siêu cao;
• Nghiên cứu phát triển các hệ cảm biến từ (1 trục, 2 trục và 3 trục) dựa trên các hiệu ứng GMR, TMR, AMR, Spin Hall với độ nhạy và độ phân giải siêu cao;
• Nghiên cứu triển khai ứng dụng đo lường và giám sát thông minh mới sử dụng các cảm biến từ phục vụ trong smart home, smart transportations và healthcare systems.