Từ một công bố quốc tế: Chuyện về mê và tự trọng với nghề

Giáo sư Hoàng Nam Nhật (bên phải), ThS Vương Văn Hiệp và TS. Nguyễn Thế Nghĩa bên máy gia tốc trên máy gia tốc tĩnh điện 5SDH-2 Pelletron Tandem Accelerator. Nguồn: NVCC

Thông tin về nghiên cứu thực nghiệm của một nhóm tác giả Việt Nam được xuất bản trên Nature Communications, một tạp chí phổ rộng về các ngành khoa học tự nhiên như vật lý, hóa học, khoa học trái đất, y học và sinh học có hệ số ảnh hưởng xấp xỉ 12, lan tỏa khá nhanh trong cộng đồng vật lý Việt Nam. Mặc dù chưa phải “ông lớn” cỡ Nature hay Science thì Nature Communications cũng là một “chứng chỉ tốt” cho một kết quả nghiên cứu nghiêm túc với những bằng chứng thực nghiệm và lý thuyết thuyết phục. “Unusual hydrogen implanted gold with lattice contraction at increased hydrogen content” (Sự co ngót khác thường của mạng tinh thể vàng cấy hydro khi nồng độ tăng)1, một trong hai sản phẩm của đề tài “Ảnh hưởng của cấy ion lên cấu trúc và tính chất của vật liệu cấu trúc nano” do Quỹ NAFOSTED tài trợ, cho thấy “nhóm nghiên cứu của giáo sư Hoàng Nam Nhật có khả năng tích hợp được ý tưởng mới với những yếu tố sẵn có ở Việt Nam để thực hiện nghiên cứu. Tôi cho rằng, chính sự cân bằng giữa sự sáng tạo và điều kiện thực tế đã làm nên thành công”, TS. Nguyễn Đức Dũng (Viện AIST, ĐH Bách khoa) nhận xét ở góc độ một người vô cùng thấm thía ý nghĩa của sự cân bằng này.

Hiện tượng nằm ngoài phỏng đoán

Một trong những điểm chung của những nghiên cứu cơ bản thuần túy do trí tò mò dẫn dắt là những hiện tượng bất ngờ và những kết quả ngoài tiên liệu. Trường hợp của giáo sư Hoàng Nam Nhật và cộng sự cũng không ngoại lệ. “Với chúng tôi, kết quả của công trình này khá là ngạc nhiên vì ban đầu chúng tôi cũng không mong đợi hiện tượng co ngót này đâu. Chúng tôi đi tìm điều khác kia - tính chất siêu dẫn trên hệ vật liệu vàng cấy hydro”, anh nói.

Hướng nghiên cứu của giáo sư Hoàng Nam Nhật là vật liệu từ, một con đường mà các điểm đến là những vật liệu từ thế hệ mới, “ví dụ như vật liệu phi từ mà có từ tính hoặc vật liệu phi kim mà có tính kim loại. Riêng với các màng vàng pha hydro, chúng tôi mong tìm thấy tính siêu dẫn ở nhiệt độ cao”, anh giải thích. Bản thân cụm từ “siêu dẫn nhiệt độ cao” là một trong những từ khóa kích thích bậc nhất của ngành vật lý chất rắn thế kỷ 21, thậm chí Ranga Dias, một nhà nghiên cứu ĐH Rochester (Mỹ) có công bố về siêu dẫn nhiệt độ phòng trong lưu huỳnh hydrua cacbon trên Nature năm 2020, cho rằng phát triển các vật liệu siêu dẫn là “chén thánh” của cộng đồng này.

Do đó, giáo sư Hoàng Nam Nhật và cộng sự đã đi tìm tính chất siêu dẫn của vàng, trong trường hợp này là vàng ở dạng màng mỏng, một thứ màng kim loại mà theo lời nhận xét của anh là “có nhiều đặc tính khác biệt, chẳng hạn nó rất trơ trong khi đó ái lực điện tử - sự hấp dẫn về điện tử của nó - lại rất lớn. Do đó, chúng tôi cũng mong đợi ngay từ khi mô phỏng tính toán là sự pha tạp hydro có thể dẫn đến những hiện tượng đặc biệt”.

Một hiện tượng đặc biệt đã đến ngoài kì vọng. Khi TS. Nguyễn Thế Nghĩa (ĐH Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN) gia tốc một dòng proton (hạt nhân của nguyên tử hydro) trên máy gia tốc tĩnh điện 5SDH-2 Pelletron Tandem Accelerator để nó bay vào các màng vàng được ThS. Vương Văn Hiệp (ĐH Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN) tạo ra bằng kỹ thuật bốc bay chân không, các  proton bị bắt giữ lại trong các lớp màng. Thay vì tính siêu dẫn còn chưa biểu hiện rõ nét, họ thấy một hiện tượng khác bất ngờ xảy ra: mạng tinh thể vàng bất ngờ co lại về thể tích ở vùng nồng độ thấp thay vì dãn ra và tăng thể tích như thường lệ.

Trước hiện tượng co ngót này, ắt hẳn các nhà kim hoàn phải nhíu mày khó chịu còn nhóm nghiên cứu thì thoạt tiên không nghĩ đến việc mình đang chứng kiến một hiệu ứng vật lý mới, “vì điều đó thực sự chưa từng được quan sát thấy trên bất kỳ vật liệu nào từ trước đến nay”, giáo sư Hoàng Nam Nhật nhận xét.

Phản xạ đầu tiên của họ là cho rằng có thể hiện tượng này xuất hiện do lỗi thực nghiệm. “Trong nghiên cứu, khi gặp phải một vấn đề khó hiểu nào đó xảy ra thì chúng ta thường hay nghĩ đó là lỗi mà không dành thời gian đủ nhiều để kiểm tra xem thực hư nó ra sao, cho nên đôi khi để lỡ nhiều điều thú vị”, anh lý giải vấn đề từ kinh nghiệm nhiều năm theo nghề khoa học. Việc làm đi làm lại một thí nghiệm, lật đi lật lại một vấn đề tưởng chừng nhàm chán nhưng rất có thể giúp nhà nghiên cứu nhận ra những điều mới mẻ thực sự. “Những việc như thế này mất rất nhiều công sức, đôi khi khiến ai cũng chán nản, nhất là trong bối cảnh còn phải dành quỹ thời gian cho giảng dạy hoặc những việc khác, hoặc đơn giản là vật tư, hóa chất không còn nhiều”.

Những điều đó vô hình trung khiến các nhà nghiên cứu Việt Nam nhiều khi mất cơ hội có được những kết quả tốt. Tuy nhiên trong trường hợp này, nhóm nghiên cứu của giáo sư Hoàng Nam Nhật đã may mắn loại được yếu tố rủi ro đó bằng chính niềm say mê và sự cẩn trọng của mình: “Phần lớn thời gian mà chúng tôi dành cho nghiên cứu này chính là để lặp lại thí nghiệm ở những thời gian khác nhau và địa điểm khác nhau bởi chúng tôi muốn chứng minh hiện tượng đó không phải là lỗi trong thí nghiệm”. Không chỉ thực hiện thí nghiệm ở Việt Nam, họ còn cử hai thành viên sang trường Đại học Waseda, Nhật Bản trong hai thời điểm khác nhau, đo đi đo lại tính chất của nó và khảo sát xem nó có thay đổi theo thời gian không.

Đường đến tạp chí có hệ số IF cao

Khi thực hiện đề tài do NAFOSTED tài trợ, các nhóm nghiên cứu đều phải đáp ứng yêu cầu đầu ra là hai bài báo ISI hoặc một bài báo trên các tạp chí quốc tế uy tín. Với nhóm nghiên cứu của giáo sư Hoàng Nam Nhật, không còn quá khó để hoàn thành chỉ tiêu đó bởi họ đã có được một công bố trên tạp chí thuộc top Q1 vào năm 2019. Vậy tại sao họ vẫn dành nhiều công sức để có được bài báo thứ hai trên tạp chí tốt? “Thực ra đây là một phần danh dự của những người làm nghiên cứu, chẳng lẽ làm ở Việt Nam mà không thể đăng trên tạp chí tốt ư? Mình cố gắng để đạt được điều đó, dù chẳng có cái gì buộc mình phải có công bố trên tạp chí quá cao cả trong khi làm như vậy lại mất rất nhiều thời gian”, giáo sư Hoàng Nam Nhật nói.

Việc phát hiện ra một tính chất mới, một kết quả mới đã đủ để xuất bản công bố nhưng chính suy nghĩ đó đã buộc họ đã chọn cách làm mất công hơn. Thông thường, để thuyết phục các nhà bình duyệt của những tạp chí như vậy, cần phải có bằng chứng xác thực trong tay và lý giải được cặn kẽ cơ chế một cách rõ ràng, mạch lạc với bằng chứng thuyết phục chứ không thể ‘nói dựa’ hoặc phỏng đoán, TS. Nguyễn Đức Dũng từng trao đổi như vậy với Tia Sáng vào năm 2017. Đó cũng là cách mà nhóm của giáo sư Hoàng Nam Nhật thực hiện. “Ban đầu, chúng tôi cũng không giải thích được hiện tượng, tổ chức seminar mấy lần mà không ai có ý tưởng gì. Sau này, chúng tôi tính toán trở lại rồi mới hình thành được phương pháp luận để lý giải hiện tượng đó và chứng minh nó với những luận chứng thuyết phục”, giáo sư Hoàng Nam Nhật – một chuyên gia về khoa học vật liệu tính toán, cho biết.

Một trong những bằng chứng thực nghiệm mà họ đưa ra dựa vào phân tích bề mặt vật liệu trên kính hiển vi lực nguyên tử, “một thiết bị đắc lực trong nghiên cứu về cấu trúc và tính chất của vật liệu nano” như giới thiệu của giáo sư Trần Xuân Hoài (Viện Vật lý ứng dụng và thiết bị khoa học, Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam), người tiên phong về thiết kế và lắp đặt kính hiển vi lực nguyên tử ở Việt Nam. TS. Nguyễn Trọng Tĩnh, học trò của giáo sư Trần Xuân Hoài, thực hiện phần kỹ thuật này. Anh cho rằng, với một nghiên cứu chạm đến rất nhiều khía cạnh của vật liệu nano như nghiên cứu này, đóng góp của mình chỉ là một phần nhỏ “để quan sát vị trí cấy đơn lập của nguyên tử và phát hiện xem nó có tính chất gì đặc biệt”.

Những bằng chứng thu thập được cho thấy, các liên kết hydro có tác dụng đẩy thêm điện tử lên vùng dẫn đã trở nên yếu đi khi có nhiều nguyên tử hydro được cấy trong mạng tinh thể vàng. “Sự thay thế hydro ở vùng nồng độ thấp đã dẫn đến một quá trình ngược lại với sự nở ra của thể tích, thường thấy trong vật liệu kim loại chứa hydro. Để chứng minh điều này, chúng tôi còn sử dụng mô hình tính toán cho hệ gần 3.000 nguyên tử vàng, một ngưỡng tính toán mà những nhóm nghiên cứu khác trên thế giới cũng chưa đạt được vì nó quá phức tạp”, giáo sư Hoàng Nam Nhật nói.

Sau khi có được một lý giải hợp lý về hiện tượng co ngót, nhóm nghiên cứu viết bài và mạnh dạn gửi Nature Communications. “Thoạt tiên, chúng tôi cố gắng viết khá đơn giản, bỏ ngoài các chi tiết kỹ thuật phức tạp vì nghĩ đây là tạp chí phổ rộng. Tuy nhiên, họ lại yêu cầu bổ sung rất nhiều  thông tin chuyên môn với lý do sự chính xác kỹ thuật là điều cần thiết cho bài báo”, anh kể lại quá trình trao đổi với ban biên tập tạp chí trước khi họ chấp thuận đăng.

Qua quá trình bình duyệt, điều mà anh và cộng sự rút ra là trong bất cứ trường hợp nào thì kiến thức chuyên môn vẫn cần đặt lên hàng đầu. “Khi mình đã hoàn toàn chắc chắn về bản chất của vấn đề, cũng như có lời giải thích hợp lý thì dù phản biện khó tính đến mấy cũng khó có thể ‘đánh đổ’ được luận điểm của mình”, anh nhận xét. Có lẽ, nếu như không có sự cẩn trọng trong việc lặp đi lặp lại thí nghiệm, sự cân nhắc thảo luận giữa các thành viên và sự đào sâu suy nghĩ thì rất có thể, công trình của họ khó mà lên được tạp chí này.

Đường đến ứng dụng bao xa?

Dù ở dạng cơ bản, mỗi công trình nghiên cứu trong lĩnh vực khoa học vật liệu cũng đều ít nhiều hàm ý đến một ứng dụng ở thì tương lai. Nhưng có lẽ với người tự nhận là nghiên cứu theo “trường phái cũ” – tức là phải nắm thật chắc phần nền tảng, như giáo sư Hoàng Nam Nhật thì sẽ phải mất rất nhiều thời gian công sức cho chuyện đó. “Có bạn nói với tôi là công trình này sẽ có tác động rất lớn với ngành luyện kim vì pha hydro là một kỹ thuật căn bản để tạo ra cơ tính tốt cho vật liệu (như độ đàn hồi, độ cứng cao…), đặc biệt khi nó có thể xảy ra ở nhiều kim loại khác nhau như valadium, nhôm…”, anh giải thích.
Trong trường hợp này, việc cấy hydro liều thấp có thể giúp tạo ra những vật liệu có độ bền cơ học rất cao.

Nhưng việc hình thành công nghệ từ một kết quả nghiên cứu cơ bản, dù rất tiềm năng, cũng đòi hỏi nhiều kiên nhẫn nhưng lại đi kèm với những rủi ro. “Không nhà nghiên cứu nào có thể tự làm tất cả được”, giáo sư Hoàng Nam Nhật trầm ngâm đề cập đến tiềm năng chuyển đổi. “Căn bản là không có ai đặt bài toán ra cho mình, nếu có bài toán và có kinh phí thực hiện thì tôi nghĩ cũng có thể làm được”. Theo quan sát của anh và những đồng nghiệp, hiện tại nền sản xuất trong nước vẫn chưa dựa trên sự sáng tạo khi còn phụ thuộc vào việc nhập khẩu công nghệ và chưa xuất hiện nhu cầu về những công nghệ mới mà các nhà nghiên cứu có thể tạo ra. Khi không có nhiều doanh nghiệp Việt Nam thực sự đầu tư cho KH&CN một cách nghiêm túc thì việc khuyến khích các nhà khoa học hợp tác với doanh nghiệp để có thể biến các kết quả nghiên cứu của mình thành công nghệ hữu dụng hay giải quyết bài toán của doanh nghiệp là điều không tưởng. “Các đề tài của chúng tôi từ trước đến nay chẳng chỗ nào ứng dụng, gần như chả nơi nào họ cần cả”, anh thừa nhận một cách chua xót về tình cảnh mà anh và nhiều đồng nghiệp khác hằng ngày phải làm những đề tài chỉ để duy trì năng lực nghiên cứu hoặc đào tạo nghiên cứu sinh mà không thể đưa vào ứng dụng ở Việt Nam.

Vì lẽ đó mà những nhà nghiên cứu như anh chưa nghĩ đến việc phải dấn thêm một bước nữa để phát triển công nghệ ư? Đó là tham vọng vượt quá tầm với của một nhóm nghiên cứu vẫn còn rất chật vật để tồn tại. Dường như có một nghịch lý ở đây: lúc có công bố tốt là lúc nhóm nghiên cứu này đang lại ở tình trạng ít thành viên nhất. “Với cơ chế chính sách hiện nay thì rất khó để chúng tôi có thể tuyển người. Lâu nay, chúng ta vẫn nói về hiện tượng chảy máu chất xám trong các cơ sở nghiên cứu công lập nhưng thật ra lượng chất xám còn lại cũng không được nuôi dưỡng một cách đầy đủ”, giáo sư Hoàng Nam Nhật nói.

Giữa những khó khăn bủa vây như vậy thì đâu là điều khiến nhóm nghiên cứu này hay rất nhiều nhóm khác cùng chung hoàn cảnh vẫn có thể tồn tại? Anh chia sẻ “Việc chúng tôi còn ngồi lại với nhau ở đây là do anh em đã quen biết nhau, hiểu nhau từ khá lâu rồi. Có kinh phí đầu tư thì vẫn có thể cùng nhau làm việc một cách bền bỉ. Nhưng kinh phí không phải là điều chính để duy trì được nhóm nghiên cứu này…”.

Trò chuyện với giáo sư Hoàng Nam Nhật và các cộng sự của anh, người ngoài thường đi từ ngạc nhiên này đến ngạc nhiên khác, không chỉ ở việc làm thực nghiệm trong nước cũng có công bố trên Nature Communications mà còn ở những điểm khác: trong bối cảnh không dồi dào nguồn lực, những nhà nghiên cứu này vẫn có thể bước vào cuộc cạnh tranh tìm chất siêu dẫn ở nhiệt độ phòng với các đồng nghiệp quốc tế; mặt khác, dù ở rất nhiều nhánh chuyên môn của vật lý với những tư duy và ngôn ngữ hoàn toàn khác biệt nhưng họ có thể “nói chuyện” được với nhau. Không hẳn không tự hào về điều đó nhưng giáo sư Hoàng Nam Nhật cho rằng điều cốt lõi của nhóm chính là niềm say mê với nghề “Trước đây, may mắn được giáo sư Nguyễn Châu, chủ nhiệm khoa Vật lý trường ĐH Khoa học Tự nhiên dẫn dắt, chúng tôi học hỏi được rất nhiều từ thầy, từ niềm đam mê khoa học tới cách làm việc hết sức chu đáo, chỉn chu… Có lẽ, trong bối cảnh hiện nay thì tâm huyết và ham muốn tìm hiểu cái mới là động lực để nhóm chúng tôi tồn tại”. □

---

1. https://www.nature.com/articles/s41467-021-21842-9