NXBGDVN - Cuốn sách “Tính toán vận chuyển điện lượng tử trong vật liệu và linh kiện nano – Cơ sở của gói mô phỏng OPEDEVS” của PGS.TS Đỗ Văn Nam, do Nhà xuất bản Giáo dục Việt Nam ấn hành, mang đến cho bạn đọc cái nhìn toàn diện từ nền tảng lý thuyết đến ứng dụng thực tiễn. Không chỉ trình bày hệ thống các phương pháp tính toán tiên tiến, sách còn hướng dẫn khai thác các gói mô phỏng hiện đại như HETS, GFET và LCAO, giúp đánh giá chính xác đặc tính điện của vật liệu nano và thiết kế linh kiện hiệu quả.

Vận chuyển điện lượng tử là yếu tố then chốt quyết định khả năng dẫn điện của vật liệu, đặc biệt trong bán dẫn và linh kiện nano. Sự xuất hiện của nhiều hiện tượng vượt ngoài phạm vi lý thuyết cổ điển đòi hỏi phải xây dựng các mô hình lượng tử chính xác. Để đáp ứng yêu cầu này, việc tính toán cần đồng thời xét đến yếu tố hình học và đa tỉ lệ của cấu trúc linh kiện, vốn là một bài toán phức tạp. Cuốn sách Tính toán vận chuyển điện lượng tử trong vật liệu và linh kiện nano – Cơ sở của gói mô phỏng OPEDEVS của PGS.TS Đỗ Văn Nam do NXBGDVN ấn hành ra đời nhằm góp phần giải quyết thách thức trên.

Sách có hai phần được chia thành tám chương kèm các  phụ lục.

Phần một: Trình bày về bài toán vận chuyển điện, các phương pháp luận mô tả sự vận động của các hạt tải điện trong những chế độ khác nhau cũng như các phương pháp và kĩ thuật tính toán giải các phương trình cụ thể.

Chương 1: Trình bày tổng quan về bối cảnh và các động lực thúc đẩy nghiên cứu về linh kiện điện tử bán dẫn, bao gồm lược sử phát triển với các phát minh quan trọng và công việc mô hình hoá, mô phỏng và phân tích đặc trưng của linh kiện. Thực trạng phát triển công nghệ bán dẫn và vi mạch cũng được đề cập như một trong những động lực thúc đẩy việc tiến hành các nghiên cứu cơ bản về các linh kiện một trong những đối tượng vật lí đặc biệt mà hoạt động của chúng chỉ có thể được điều khiển bởi các nguyên lí lượng tử. Trên cơ sở đó, chương này cũng trình bày một giới thiệu ngắn về các phương pháp tiếp cận bài toán vận chuyển điện lượng tử trong các linh kiện kích thước nhỏ.

Chương 2: Trình bày phương pháp luận giải quyết bài toán vận chuyển điện. Nội dung của chương bắt đầu với một mô hình vận chuyển điện trực quan để chỉ ra sự chi phối của các cơ chế vi mô lên các biểu hiện vĩ mô quan sát được trên hệ vật lí. Tiếp theo là phương pháp luận thống kê trong việc mô tả hệ gồm nhiều bậc tự do, làm cơ sở cho việc xây dựng các lí thuyết mô tả sự vận động của hệ các hạt tải điện trong mối tương tác với các bậc tự do khác. Trên cơ sở đó, bài toán vận chuyển điện được giải quyết theo quan điểm động học với cách tiếp cận phương trình Boltzmann và phương trình chủ. Cuối cùng là lí thuyết vận chuyển Landauer-Buttiker, xem sự vận chuyển điện của hạt tải qua bức tranh truyền sóng, gọi là chế độ vận chuyển kết hợp pha lượng tử.

Chương 3: Trình bày phương pháp luận giải quyết bài toán vận chuyển điện trong chế độ gần cân bằng. Nội dung chính của chương là lí thuyết phản ứng tuyến tính, được xây dựng trên cơ sở lời giải nhiễu loạn trạng thái Gibbs của hệ hạt mang điện. Phản ứng của hệ lượng tử với tác động nhiễu loạn của trường ngoài được mô tả thông qua hàm phản ứng, diễn tả như là kết quả tương quan giữa các toán tử ở hai thời điểm khác nhau. Các tính chất giải tích và mối liên hệ đối xứng của các hàm số này được trình bày. Đặc biệt, công thức Kubo cho độ dẫn điện được trình bày chi tiết với các cách chọn “gauge” khác nhau. Cuối cùng là các tính toán độ dẫn điện cho các hệ khí electron ba chiều và hai chiều, được mô tả bởi mô hình khối lượng hiệu dụng và mô hình mạng nguyên tử.

Chương 4: Trình bày phương pháp luận hàm Green không cân bằng để giải quyết bài toán vận chuyển trong chế độ xa cân bằng. Nội dung chương bắt đầu với khái niệm về tương quan và hình thức luận hàm Green Keldysh. Tiếp theo đó là mối liên hệ giữa các hàm Green thời gian thực và các đại lượng vật lí đặc trưng của bài toán vận chuyển điện. Nội dung chính của chương là các thuật toán tính toán các yếu tố ma trận quan trọng của các hàm Green để từ đó tính các đại lượng vật lí quan trọng như phân bố mật độ các hạt tải điện và mật độ dòng điện. Cuối cùng là lời giải tức hợp giữa phân bố mật độ các hạt tải điện và hàm điện thế để xác định các đặc trưng vôn-ampe của linh kiện.

Phần hai: Giới thiệu và hướng dẫn cách thức vận hành các module tính toán được xây dựng để mô phỏng hoạt động và đánh giá hiệu năng làm việc của một số cấu trúc linh kiện điển hình.

Chương 5:  Trình bày về gói mô phỏng HETS (Heterostructure Simulation) được thiết kế để thực hiện các tính toán mô phỏng hoạt động của các linh kiện dựa trên cấu trúc gồm nhiều lớp vật liệu ghép lại với nhau. Nội dung của chương bao gồm hướng dẫn thiết lập các file đầu vào mô tả cấu trúc linh kiện và các điều kiện hoạt động, hướng dẫn vận hành module để giải bài toán vận chuyển điện qua hệ vật liệu cũng như tính các đại lượng đặc trưng cần thiết. Cuối cùng là trình bày và kết quả tính toán cho linh kiện diode chui ngầm cộng hưởng như một ví dụ minh hoạ việc vận dụng gói mô phỏng HETS.

Chương 6: Trình bày về gói mô phỏng GFET (Graphene-based Field-Effect Transistor) được thiết kế để tính toán mô phỏng các linh kiện điện tử sử dụng graphene làm kênh dẫn điện. Phần đầu của chương trình bày về mô hình vật lí mô tả vận động của các hạt tải điện bên trong một lớp linh kiện GFET có thể được thiết kế. Sau phần giới thiệu chung này các mục còn lại mô tả cách thiết lập các thông số định nghĩa cấu hình linh kiện GFET và cách vận hành các chương trình cung cấp trong gói mô phỏng để tính toán và phân tích các đặc trưng hoạt động của linh kiện.

Chương 7:  Trình bày cách vận dụng các gói tính toán HETS và GFET để phân tích khả năng dẫn điện của kênh dẫn graphene trong các cấu trúc linh kiện khác nhau. Nội dung bao gồm việc xây dựng một mô hình hiệu dụng mô tả liên kết giữa graphene và bề mặt các lớp kim loại làm điện cực. Giá trị điện trở của tiếp xúc GM (graphene-metal) được ước lượng, làm cơ sở cho việc xây dựng mô hình và mô phỏng hoạt động của linh kiện GFET.

Chương 8: Trình bày việc xây dựng module LCAO (Linear Combination of Atomic Orbitals) với mục đích làm cơ sở để xây dựng các mô hình vận chuyển điện dựa trên cách tiếp cận ở cấp độ nguyên tử. Cơ sở xây dựng module này là mô hình liên kết chặt giữa các “quỹ đạo” nguyên tử của mạng tinh thể. Ý tưởng là sử dụng các thông số của mô hình liên kết chặt để tham số hoá cấu trúc điện tử của hệ vật liệu. Khả năng làm việc và tính dẫn của module LCAO được minh hoạ thông qua việc tạo lập cấu trúc vùng năng lượng của hệ vật liệu là graphene, graphane và silicon.

Ngoài ra, sách còn có 5 phụ lục trình bày cụ thể một số nội dung bổ trợ cho các chương chính.

Sách phù là tài liệu tham khảo để giảng dạy về các chủ đề như vận chuyển điện lượng tử và/hoặc linh kiện bán dẫn ở trình độ đại học.

Bạn đọc có nhu cầu xin liên hệ:

Công ty Cổ phần Sách Đại học – Dạy nghề

187B Giảng Võ, Cát Linh, Đống Đa, Hà Nội. Điện thoại: 0243.9724.715

Website: https://hevobooks.com/

Kim Ngọc