Giải thưởng Tạ Quang Bửu 2019

Giải thưởng Tạ Quang Bửu năm 2019 được khởi động từ tháng 11/2018. Sau gần hai tháng tiếp nhận hồ sơ, Quỹ Phát triển KH&CN Quốc gia (Quỹ) - Cơ quan Thường trực Giải thưởng đã tiếp nhận 45 hồ sơ đăng ký tham gia. Trong đó có 11 hồ sơ do các tổ chức KH&CN, cá nhân đề cử và 34 hồ sơ tự ứng cử. Các Hội đồng khoa học chuyên ngành của Quỹ đã họp đánh giá các hồ sơ đề nghị xét tặng Giải và đề cử 8 hồ sơ lên Hội đồng Giải thưởng năm 2019, trong đó đề cử 6 Giải thưởng chính và 2 Giải thưởng trẻ là tác giả của công trình khoa học xuất sắc. Các đề cử Giải thưởng Tạ Quang Bửu năm nay thuộc các ngành: Toán học, Vật lý, Khoa học Trái đất và Môi trường, Cơ học, Khoa học Sự sống - Y sinh dược học. Tạp chí KH&CN Việt Nam trân trọng giới thiệu những đóng góp nổi bật của các nhà khoa học và 8 công trình tiêu biểu này.
 

GIẢI THƯỞNG CHÍNH

1. TS Lê Trọng Lư và công trình “Tổng hợp các hạt nano ferrite coban từ tính với khả năng điều khiển hình thái, độ đồng đều và thành phần hóa học: ảnh hưởng của dung môi, chất hoạt động bề mặt, chất khử và điều kiện tổng hợp”.
Các tính chất của các hạt nano như: từ tính, quang, xúc tác ngoài việc phụ thuộc vào bản chất vật liệu (thành phần hoá học) còn được quyết định bởi kính thước, hình dạng và trong nhiều trường hợp là độ đồng đều của hạt. Do đó việc nghiên cứu phát triển kỹ thuật tổng hợp các hạt nano chất lượng cao với khả năng điều khiển được các thông số hạt đóng một vai trò đặc biệt quan trọng. Chính vì vậy, ngay từ khi là nghiên cứu sinh tại Đại học Liverpool, Vương quốc Anh (2006-2011), TS Lê Trọng Lư đã quan tâm tới hướng nghiên cứu nghiên cứu này và tiếp tục theo đuổi khi trở về Việt Nam. 
Cho đến thời điểm công trình “Tổng hợp các hạt nano ferrite coban từ với khả năng điều khiển hình thái, độ đồng đều và thành phần hóa học: ảnh hưởng của dung môi, chất hoạt động bề mặt, chất khử và điều kiện tổng hợp” được công bố, hầu hết các nghiên cứu trên thế giới về tổng hợp hạt nano từ đều dựa trên các quá trình tổng hợp nhiều bước, chẳng hạn như kỹ thuật seeding growth, hoặc sử dụng các tiền chất dạng “home made’’ để điều khiển các thông số hạt và có rất ít công bố về tổng hợp các hạt nano cho phép điều khiển được hình thái hạt chỉ bằng một bước đơn giản. Ngoài ra trong nhiều trường hợp vai trò của các tác nhân phản ứng như: dung môi, chất hoạt động bề mặt, chất khử cũng như các điều kiện tổng hợp đối với việc hình thành và phát triển hạt không được làm sáng tỏ. 
Trong khi đó, ở công trình nghiên cứu của TS Lê Trọng Lư và cộng sự, các hạt nano từ ferit với kích thước, hình dạng, độ đồng đều và thành phần hoá học có thể được điều khiển một cách linh hoạt thông qua một quy trình tổng hợp tương đối đơn giản. Quan trọng hơn, kết quả nghiên cứu cho thấy rằng, các chất hoạt động bề mặt (oleic acid và oleylamine) có vai trò phức tạp hơn rất nhiều so với việc chỉ đơn thuần bọc hạt. Cùng với đó, vai trò của dung môi, chất khử cũng như một số thông số thực nghiệm đối với động học của quá trình phản ứng cũng đã được xem xét và đánh giá. Có thể nói, công trình nghiên cứu này không chỉ giúp ích trong tổng hợp hệ vật liệu nano cobalt ferit nói riêng và vật liệu nano nói chung mà còn đóng góp thêm hiểu biết mang tính nền tảng cho lĩnh vực hoá học vật liệu nano. 
Công trình được trao Giải thưởng Tạ Quang Bửu năm nay của TS Lê Trọng Lư được đánh giá cao và đăng trên bìa 1 của Tạp chí Nanoscale (IF: 7,2). Tuy nhiên đây chỉ là 1 trong số 45 công trình đã được ông công bố quốc tế từ năm 2008 trở lại đây (trong đó có 25 công trình công bố trên các tạp chí uy tín nằm trong danh mục ISI). Ngoài việc nghiên cứu tổng hợp hạt nano từ ferit, TS Lê Trọng Lư còn tập trung phát triển kỹ thuật tổng hợp hạt nano từ có chất lượng cao với khả năng điều khiển được hình thái, thành phần hoá học và độ đồng đều của các hệ vật liệu như ô xít của các kim loại chuyển tiếp, các hệ hợp kim; hoặc các hệ nano có cấu trúc phức tạp (cấu trúc lõi/vỏ, cấu trúc rỗng, cấu trúc hybrid từ-quang...)... ứng dụng trong lĩnh vực y sinh, xúc tác hoặc năng lượng; đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố thực nghiệm, tương tác giữa lớp vỏ bọc ligand và phần lõi vô cơ đến cơ chế hình thành và phát triển hạt, từ đó tạo ra các cấu trúc nano cho phép điều khiển được các thông số hạt.

TS Lê Trọng Lư (giữa) và các học trò trong phòng thí nghiệm.
 

TS Lê Trọng Lư cho biết, sau hơn 10 năm tìm tòi, nghiên cứu, ông hoàn toàn tự tin nhóm nghiên cứu của mình có thể tổng hợp được những hạt nano có chất lượng cao tương đương với những cơ sở nghiên cứu tốt nhất trên thế giới, mà giá lại rẻ hơn rất nhiều nhờ việc sử dụng các hoá chất với chi phí chỉ bằng khoảng 1/20 hoá chất thường được các nhóm nghiên cứu trên thế giới sử dụng. Ngoài ra nhóm nghiên cứu cũng tìm ra điều kiện tổng hợp cho phép chế tạo các hạt nano chất lượng cao ở quy mô lớn (> 100 g/lần tổng hợp) sử dụng các trang thiết bị hiện có trong phòng thí nghiệm.
Hiện tại, TS Lê Trọng Lư và các cộng sự đang theo đuổi các hướng nghiên cứu chế tạo chất tương phản dùng trong các kỹ thuật chẩn đoán hình ảnh. TS. Lê Trọng Lư hiện tập trung nghiên cứu chế tạo một số hệ chất tương phản mới trên cơ sở vật liệu nano; TS. Lư cho biết, một số kết quả chụp MRI của hệ hạt nano Gd₂O₃ do nhóm chế tạo ra có khả năng cải thiện độ tương phản dương cho chụp ảnh MRI hiệu quả hơn từ 5-10 lần so với các sản phẩm thương mại hiện có và rất tiên tưởng rằng trong tương lai không xa hệ tương phản nano này có thể thay thế các sản phẩm thương mại là các phức chất của Gadolinium (dùng cho chụp ảnh MRI) và phức Iodine (dùng cho chụp ảnh CT) hiện đang được sử dụng trong thực tế.

2. PGS.TS Nguyễn Quang Hưng và công trình “Mô tả vi mô đồng thời mật độ mức (MĐM) hạt nhân và các hàm lực bức xạ (HLBX)”.

Đây là công trình nghiên cứu đầu tiên trong lĩnh vực khoa học hạt nhân do tác giả là người Việt Nam thực hiện ở trong nước được công bố trên tạp chí vật lý quốc tế uy tín Công bố khoa học này mang ý nghĩa đặc biệt đối với nghiên cứu vật lý hạt nhân ở Việt Nam, là niềm tự hào cho khoa học cơ bản nước nhà. 
MĐM (Nuclear Level Density) và HLBX tia gamma (Radiative Gamma Strength Function) là hai đặc trưng cơ bản và rất quan trọng trong không chỉ đối với nghiên cứu về cấu trúc hạt nhân, phản ứng hạt nhân hay quá trình tổng hợp các nguyên tố trong vũ trụ mà còn đối với nhiều lĩnh vực nghiên cứu cũng như ứng dụng khác như thiết kế máy gia tốc chùm hạt nhân phóng xạ, y học hạt nhân hay quá trình xử lý các chất thải phóng xạ. Do vậy, nghiên cứu MĐM và HLBX tia gamma là một trong những chủ đề nghiên cứu rất quan trọng trong ngành vật lý nói chung và vật lý hạt nhân nói riêng.
Thực tế, khái niệm về MĐM đã được đưa ra từ hơn 80 năm trước bởi Hans Bethe (giải Nobel vật lý năm 1967), trong khi đó khái niệm về HLBX cũng đã được đề xuất bởi John Blatt và Victor Weisskopf từ năm 1952. Do sự thiếu hụt về số liệu thực nghiệm nên đa số các mô hình lý thuyết được đề xuất trong khoảng thời gian đó (trước năm 2000) chỉ là các mô hình hiện tượng luận hoặc các mô hình bán vi mô với các tham số được làm khớp với rất ít số liệu thực nghiệm tại vùng năng lượng kích thích lớn hơn năng lượng liên kết của nơtron (khoảng 8 MeV). Do vậy, khi áp dụng cho các hạt nhân mà thực nghiệm hoàn toàn chưa đo được, độ tin cậy của các mô hình này là rất thấp.
Từ năm 2000 trở lại đây, nhờ những tiến bộ vượt bậc trong kỹ thuật thực nghiệm, nhóm nghiên cứu vật lý hạt nhân của Đại học Oslo (Na Uy) phối hợp với Đại Ohio (Mỹ) đã lần đầu tiên đề xuất một phương pháp (gọi là phương pháp Oslo) cho phép trích xuất cùng một lúc MĐM và HLBX từ phổ phân rã tia gamma của các hạt nhân hợp phần trong cùng một thí nghiệm. Từ đó tới nay chủ đề nghiên cứu về MĐM và HLBX lại trở nên rất sôi động trong cộng đồng các nhà vật lý hạt nhân lý thuyết và thực nghiệm. Điển hình là từ năm 2007 tới nay đã có 5 hội nghị quốc tế lớn về chủ đề MĐM và HLBX được tổ chức (2 năm một lần) bởi Đại học Oslo (hội nghị lần thứ 6 vừa được tổ chức tại Oslo từ 8-12/5/2017 http://tid.uio.no/workshop2017/). Song song với đó, một số phương pháp lý thuyết vi mô hơn đã được đề xuất để mô tả các số liệu thực nghiệm của nhóm Oslo. Tuy nhiên, cho tới nay vẫn chưa có một mô hình lý thuyết vi mô nào có thể mô tả được đồng thời cả MĐM và HLBX.
Công trình “Mô tả vi mô đồng thời MĐM hạt nhân và các HLBX” của ba nhà khoa học: PGS.TS Nguyễn Quang Hưng (Viện Nghiên cứu và Phát triển công nghệ cao, Trường Đại học Duy Tân), TS Nguyễn Đình Đăng (Viện nghiên cứu Vật lý và hóa học Nhật Bản RIKEN) và ThS Lê Thị Quỳnh Hương (Trường Đại học Khánh Hòa) thực hiện được xuất bản trên Tạp chí Physical Review Letters vào ngày 9/1/2017, trong đó PGS.TS Nguyễn Quang Hưng là tác giả chính. 
PGS.TS Nguyễn Quang Hưng cho biết, trong công trình này, các tác giả đã đề xuất phương pháp cho phép mô tả đồng thời cả MĐM (level density) và HLBX gamma trong hạt nhân (radiative gamma-ray strength function) - một vấn đề nan giải mà từ trước tới giờ người ta chỉ có thể mô tả bằng các mô hình hiện tượng luận riêng rẽ, dùng các tham số được điều chỉnh (parameter fitting) theo năng lượng phổ gamma và nhiệt độ. Phương pháp này kết hợp lời giải chính xác của kết cặp hạt nhân (exact pairing solutions), với mô hình vi mô phân rã phonon (phonon damping model) do Nguyễn Đình Đăng và A. Arima đề xuất năm 1998. Nhờ cách tiếp cận này, các tác giả đã giải quyết được vấn đề trên một cách nhất quán mà không cần đưa thêm một tham số mới nào. Công bố được này được coi là bước tiến lớn trong mô tả hai đại lượng nền tảng của các hạt nhân nóng. 
Nhiều chuyên gia đánh giá công trình là một đột phá lớn bởi lần đầu tiên đề xuất một cách tiếp cận thống nhất và nhất quán có khả năng mô tả đồng thời hai đại lượng quan trọng trong việc hiểu biết các tính chất thống kê của hạt nhân - đó là MĐM và xác suất phát xạ tia gamma từ các hạt nhân nóng, đóng vai trò cơ sở trong việc tổng hợp các nguyên tố trong vũ trụ. Sự phù hợp tốt giữa các tiên đoán của cách tiếp cận này và các số liệu thực nghiệm chỉ ra rằng việc dùng các lời giải chính xác của kết cặp hạt nhân là thực sự rất quan trọng trong việc mô tả nhất quán cả MĐM và hàm lực phóng xạ tại các năng lượng kích tích và năng lượng tia gamma thấp và trung bình. Cách tiếp cận trong nghiên cứu cho thấy, sự phụ thuộc nhiệt độ của hình dạng cộng hưởng khổng lồ lưỡng cực là cốt yếu trong việc mô tả đúng đắn xác suất phát xạ gamma tại các năng lượng thấp của tia gamma. Đích tiếp theo sẽ là phát triển một lý thuyết nhất quán dựa trên kết cặp chính xác và cấu trúc vi mô của các trạng thái dao động để nghiên cứu các kích thích tập thể trong hạt nhân.

3. TS Lê Quý Thường và những đóng góp cho phát triển Lý thuyết bất biến Donalson - Thomas trong toán học 
Lý thuyết bất biến Donalson - Thomas là một trong những hòn đá tảng của Hình học đại số và Vật lý toán hiện đại, được hai nhà toán học người Anh là Donaldson và Thomas xây dựng năm 1998, sau đó được phát triển rực rỡ tại các trung tâm Toán học lớn ở Anh, Pháp, Mỹ, Canada, Nhật Bản... Nói một cách đơn giản, đối với một không gian moduli compắc M các bó trên một đa tạp Calabi - Yau ba chiều, xem như không gian moduli các nghiệm của một hàm Chern - Simon chỉnh hình H, bất biến Donaldson - Thomas của M là số các điểm tới hạn của H. Khi ứng dụng lý thuyết này trong Vật lý, không gian moduli M chính là liên kết hermit Yang - Mills (trạng thái BPS) được nảy sinh từ Lý thuyết đối xứng gương và Lý thuyết siêu dây. Xa hơn, Lý thuyết bất biến Donaldson - Thomas có liên hệ mật thiết với Lý thuyết bất biến Gromov - Witten và Lý thuyết các cặp ổn định Pandharipande - Thomas. 
Năm 2008, Kontsevich và Soibelman giới thiệu Lý thuyết bất biến Donaldson - Thomas motivic cho các đa tạp Calabi - Yau không giao hoán ba chiều trong bài báo tiền ấn phẩm “Stability structures, motivic Donaldson-Thomas invariants and cluster transformations”. Lý thuyết này kế thừa nền tảng của Donaldson - Thomas trên cơ sở tích phân motivic, trong đó, thớ Milnor cổ điển được thay thế bằng thớ Milnor motivic, đại số Hall dẫn xuất của Toën được thay thế bằng đại số Hall motivic. Ý tưởng phát triển của Kontsevich - Soibelman đã thu hút sự chú ý đặc biệt của các nhà Hình học đại số, Hình học phức và Vật lý toán. Đến nay, theo google scholar, đã có hơn 500 công trình nghiên cứu những vấn đề cơ bản và sâu sắc của Lý thuyết bất biến Donaldson - Thomas motivic như điều kiện ổn định trên các Đại số Lie, dữ liệu định hướng, công thức wall - crossing, các quivers, các phép biến đổi cluster… 
Khó khăn đầu tiên và cơ bản nhất trong công việc của Kontsevich và Soibelman là định nghĩa bất biến Donaldson - Thomas motivic cho các đa tạp Calabi - Yau không giao hoán ba chiều. Tương ứng với mỗi phạm trù mà các vật là giới hạn quy nạp đếm được của các tập hợp kiến thiết được nhất định, trên một trường đặc số không k, người ta xây dựng một Đại số Hall motivic trên vành Grothendieck các k - đa tạp đại số, xem nó như “đầu vào” hình học đại số. Đó là một đại số kết hợp phân bậc có các phần tử “tự nhiên” thỏa mãn “Tính chất Nhân tử hóa”. Để xác định “đầu ra” vật lý, họ xây dựng Đại số xuyến lượng tử motivic, đây cũng là một đại số phân bậc trên (một vành địa phương hóa nào đó) của vành Grothendieck các k - đa tạp đại số, nó đóng một vai trò quan trọng trong Vật lý toán. Đến đây, điểm mấu chốt để định 2 nghĩa bất biến Donaldson - Thomas motivic cho các đa tạp Calabi - Yau không giao hoán ba chiều là xây dựng một đồng cấu đại số từ Đại số Hall motivic đến Đại số xuyến lượng tử motivic bảo toàn “Tính chất Nhân tử hóa”. Khi đó, ảnh của các phần tử “tự nhiên” trong Đại số Hall motivic qua đồng cấu này sẽ là các bất biến Donaldson - Thomas motivic cần xây dựng. Một đồng cấu đại số như thế tồn tại nếu có 03 công cụ sau đây: 
• Công thức Thom - Sebastiani motivic cho hàm hình thức (có vai trò hỗ trợ ánh xạ xây dựng là tuyến tính trên vành Grothendieck các k - đa tạp đại số); 
• Giả thuyết đồng nhất tích phân được chứng minh (có vai trò hỗ trợ ánh xạ xây dựng bảo toàn phép nhân); 
• Điều kiện ổn định (hai công cụ nêu trên là “tối ưu” nhưng chưa thể làm cho ánh xạ xây dựng là một đồng cấu đại số, người ta phải đặt điều kiện để triệt tiêu các yếu tố gây cản trở, và gọi nó là “Điều kiện ổn định”). 
Công cụ đầu tiên liên quan đến những tiến bộ trong nghiên cứu Định lý Thom - Sebastiani motivic, đầu tiên là công việc của Denef - Loeser cho hàm chính quy (Duke 1999), sau đó Looijenga cho một chứng minh khác (Astérique 2002), và gần đây Lê Quý Thường đi xa hơn với việc chứng minh Định lý Thom - Sebastiani cho các hàm hình thức (Crelle’s journal 2018). Công cụ thứ ba hiện đang được nghiên cứu mạnh mẽ với những kết quả phong phú tương ứng với các trường hợp đặc biệt. 
Công trình “Proofs of the integral identity conjecture over algebraically closed fields” được đăng trên Duke Mathematical Journal năm 2015 của TS Lê Quý Thường đã chứng minh Giả thuyết đồng nhất tích phân cho trường nền đặc số 0 đóng đại số. Giả thuyết diễn tả sự phân tích của thớ Milnor motivic của một chuỗi lũy thừa hình thức nhiều biến đặc biệt thành tích của một lũy thừa của motive Lefschetz và thớ Milnor motivic của chuỗi lũy thừa ban đầu được bỏ đi một số biến. Phép chứng minh là một sự kết hợp phức tạp của ba loại tích phân motivic: Tích phân của Denef - Loeser cho đa tạp đại số, Tích phân của SebagLoeser - Nicaise cho lược đồ hình thức, và Tích phân của Hrushovski - Kazhdan trong lý thuyết trường định giá đóng đại số. Lý thuyết bất biến Donaldson - Thomas motivic cho các đa tạp Calabi - Yau không giao hoán ba chiều được thực hiện trên trường các số phức, vì vậy các kết quả thu được trong công trình đủ mạnh cho các ứng dụng trong lý thuyết này. Ý nghĩa khoa học của công trình được thể hiện ở vai trò quyết định của nó đối với sự tồn tại của bất biến Donaldson - Thomas motivic cho đa tạp Calabi - Yau không giao hoán ba chiều, góp phần phát triển lý thuyết của Kontsevich - Soibelman. Theo Mathscinet và Google Scholar, đến nay công trình đã được 20 lần trích dẫn. 
Tóm lại, Lý thuyết bất biến Donalson - Thomas là một trong những hòn đá tảng của Hình học đại số và Vật lý toán hiện đại. Điểm đáng chú ý là, sự tồn tại của đối tượng nghiên cứu (bất biến Donaldson - Thomas motivic) phụ thuộc vào Giả thuyết đồng nhất tích phân và phiên bản cho hàm hình thức của Định lý Thom - Sebastiani motivic - là những điều chưa được chứng minh. Kontsevich và Soibelman tạm thời thừa nhận chúng, và cùng với nhiều nhà toán học khác, phát triển Lý thuyết bất biến Donaldson - Thomas motivic thành một lý thuyết đồ sộ (Giả thuyết đồng nhất tích phân được đề xuất bởi Kontsevich và Soibelman; cần lưu ý thêm rằng Kontsevich là một nhân vật kiệt xuất trong toán học đương đại, ông được nhận Giải thưởng Fields năm 1998). Nếu Giả thuyết đồng nhất tích phân sai, toàn bộ Lý thuyết bất biến Donaldso - Thomas motivic sẽ sụp đổ! Công trình của TS Lê Quý Thường đã góp phần chứng minh tính đúng đắn của Giả thuyết đồng nhất tích phân được đề xuất bởi Kontsevich và Soibelman, góp phần phát triển Lý thuyết bất biến Donalson - Thomas.

4. PGS.TS. Bùi Xuân Thành và công trình “Nghiên cứu đánh giá khả năng xử lý nước thải và tăng sinh khối của 8 loài thực vật ứng dụng trong hệ thống đất ngập nước trên mái”.
Trong công nghệ xử lý nước thải đất ngập nước thông thường, hệ thống xử lý thường có bề dày lớp vật liệu cao (xấp xỉ 1 m) và sử dụng các loài thực vật thông thường như lau, sậy, cỏ nến… có chiều cao vài mét. Đây là công nghệ xử lý hoàn toàn tự nhiên khi dùng thực vật để loại bỏ các chất ô nhiễm hữu cơ, dinh dưỡng và cả kim loại nặng. Công nghệ này là công nghệ xử lý tự nhiên dựa trên thực vật và vi sinh vật nên rất hiệu quả về mặt chi phí vận hànhdo không dùng hoá chất và chi phí vận hành rất thấp. Cơ chế xử lý chất ô nhiễm chủ yếu là lọc, hấp phụ và phân huỷ sinh học dựa vào vi sinh vật hình thành tự nhiên trong lớp vật liệu, rễ cây và sự hấp thu của thực vật. Tuy nhiên, hạn chế của công nghệ wetlandlàchỉ có thể áp dụng ở các khu vực ngoại thành vì đòi hỏi diện tích xây dựng lớn. 
Công nghệ mái xanh (green roof) là hệ thống thảm thực vật được trồng ở trên mái nhà, sân thượng hoặc tường nhà nhằm tạo ra mảng xanh cho đô thị và thường được sử dụng rất nhiều ở trên mái nhà và tường.Loại thực vật được sử dụng trong công nghệ này thường có khả năng sinh trưởng tốt trong điều kiện của mái và tường nhà. Green roofđã được sử dụng rất nhiều ở các nước châu Âu. Tuy nhiên, để duy trì hệ thống mái xanh này thông thường người ta phải dùng nước sạch để tưới thực vật hàng ngày. Do vậy bất cập của công nghệ này chính là tiêu tốn chi phí nước sạch và bảo dưỡng hệ thống mái xanh khi vận hành. 
Công nghệ Wetland roof được PGS.TS Bùi Xuân Thành nghiên cứu từ năm 2009 trên cơ sở tích hợp hệ thống wetland và green roof. Công nghệ này cũng tương tự như wetland nhưng có thiết kế lớp vật liệu mỏng hơn(khoảng 0,15 m) và sử dụng các loài thực vật nội địa có sẵn có chiều cao thấp, có khả năng chịu đựng điều kiện môi trường trên mái cao (chịu gió, chịu nắng, chịu mưa), nhưng hiệu quả xử lý nước thải của wetland roof gần như tương đương với wetland truyền thống. Công nghệ wetland roof đã được nhóm nghiên cứu tiến hành thử nghiệm trên nhiều loại thực vật, giá thể, tải trọng thuỷ lực, tải trọng hữu cơ và chế độ nạp liệu khác nhau.
Đặc biệt, trongcông trình này, các tác giả đã tiến hành nghiên cứu đánh giá hiệu năng của 8 loại thực vật có sẵn tại Việt Nam và tìm ra các loại thực vật phù hợp và hiệu quả cho công nghệ wetland roof. Nhóm nghiên cứu đã phát triển thành công công nghệ wetland roof có thể sử dụng để xử lý nước thải sau bể tự hoại hiệu quả. Khảo sát cho thấy, trong các đô thị hiện nay, nước thải sinh hoạt phần lớn chưa được xử lý triệt để, chỉ qua bể tự hoại, sau đó xả ra môi trường nước mặt. Ở TPHCM, gần 90% lượng nước thải sinh hoạt sau bể tự hoại đi thẳng ra nguồn tiếp nhận. Với công nghệ wetland roof, nước thải sau khi được thải ra từ bể tự hoại sẽ được bơm lên và xử lý trong hệ thống được lắp đặt trên cácmái nhà. Việc xử lý này vừa giúp hạn chế nguồn nước thải (có thể tái sử dụng nước sau xử lý), đồng thời còn mang lại nhiều lợi ích môi trường khác như tăng mảng xanh đô thị, giảm thiểu khí CO2, giảm ngập lụt trong mùa mưa và làm mát không khí... Với những kết quả đã đạt được, từ năm 2011 đến nay, công trình nghiên cứu này đã đăng tải được 5 bài báo ISI trên các tạp chí uy tín như Bioresource Technology, International Biodegradation and Biodeterioration, Desalination and water treatment; được cấp bằng sáng chế (US Patent) của Hoa Kỳ năm 2018.

Sơ đồ nguyên lý ứng dụng hệ thống Wetland Roof - Đất ngập nước trên máixử lý nước thải đô thị.

5. PGS.TSKH Phạm Đức Chính và công trình “Lý thuyết đàn dẻo tái bền giới hạn và các định lý ‘thích nghi - hỏng dẻo’ không phụ thuộc đường tải”.

Lý thuyết thích nghi được áp dụng cho tính toán các vật thể chịu tải trọng thay đổi, tuy nhiên nghiên cứu mới đây của PGS.TSKH Phạm Đức Chính - chủ nhân giải thưởng Tạ Quang Bửu năm 2019 cho thấy, để có thể tính toán được chính xác tải trọng thay đổi còn cần thêm mô hình vật liệu thực và phức tạp hơn là mô hình đàn dẻo tái bền giới hạn. Điều này được khẳng định trong công trình “Lý thuyết đàn dẻo tái bền giới hạn và các định lý ‘thích nghi - hỏng dẻo’ không phụ thuộc đường tải” được đăng trên Tạp chí International Journal of Mechanical Sciences số 130 năm 2017.
Một thanh kim loại đơn giản chịu kéo nén, khi tải trọng tăng, sẽ trải qua các giai đoạn biến dạng đàn hồi, rồi biến dạng dẻo, trước khi bị mất khả năng chịu lực (hỏng dẻo). Với một kết cấu chịu lực thì bức tranh thực thường phức tạp hơn nhiều do phân bố ứng suất - biến dạng trong kết cấu không đồng nhất. Lý thuyết tải trọng tới hạn được xây dựng để xác định giới hạn chịu lực (tĩnh) tổng thể cho các kết cấu kim loại (đàn -dẻo) đã trở thành một trong các tiêu chuẩn chính trong tính toán kỹ thuật công trình. Tuy nhiên, khi tải trọng thay đổi (bao hàm cả tải trọng động), sau một số biến dạng dẻo ban đầu ở các vùng tập trung ứng suất, kết cấu sẽ trở về với biến dạng đàn hồi thuần túy (thích nghi với tải trọng đã cho - an toàn), nhờ có một trường ứng suất trong hình thành bên trong kết cấu do biến dạng dẻo; nếu không kết cấu sẽ mất khả năng chịu lực (hỏng dẻo) do hỏng dẻo tức thời, biến dạng dẻo (tổng thể) tăng dần (sau mỗi chu kỳ đặt tải, theo thời gian), hay biến dạng dẻo (địa phương) đổi dấu không ngừng (mỏi). Từ đó, lý thuyết thích nghi ra đời để áp dụng cho tính toán các vật thể chịu tải trọng thay đổi. Tuy nhiên, nghiên cứu Lý thuyết đàn dẻo tái bền giới hạn và các định lý “thích nghi - hỏng dẻo” không phụ thuộc đường tải của PGS.TSKH Phạm Đức Chính cho thấy, để có thể tính toán được chính xác tải trọng thay đổi còn cần thêm mô hình vật liệu thực và phức tạp hơn là mô hình đàn dẻo tái bền giới hạn.
Các quy luật dẻo tái bền phi tuyến của các vật liệu thực vốn phụ thuộc vật liệu cụ thể, nói chung là không xác định duy nhất và thường phụ thuộc phức tạp vào đường đặt tải. Tuy nhiên, với lý thuyết hoàn chỉnh cho vật liệu đàn dẻo tái bền giới hạn dựa trên 4 giả thiết cơ bản gồm: i) Giả thiết hao tán dẻo tối đa; ii) Giả thiết tái bền ổn định mạnh; iii) Giả thiết hysteresis dương; iv) Giả thiết Bauschinger đa chiều), PGS.TSKH Phạm Đức Chính đã xây dựng thành công lý thuyết thích nghi không phụ thuộc đường đặt tải theo tinh thần cổ điển . 
Với các giả thiết nêu trên, các định lý thích nghi động và tĩnh đã được xây dựng và chứng minh, cho phép xác định vùng biên cho các ngoại lực, mà với bất kỳ lịch sử đặt tải nào nằm trong phạm vi đó kết cấu sẽ an toàn (thích nghi), ngược lại khi vùng biên tải trọng bị vi phạm một hay nhiều lần, kết cấu sẽ mất khả năng chịu lực (hỏng dẻo). Các định lý cũng cho phép xác định dạng hỏng dẻo cụ thể khi kết cấu mất khả năng chịu lực. 
Công trình của PGS.TSKH Phạm Đức Chính đã lý giải và xử lý được cội nguồn của một số mâu thuẫn xảy ra khi các đồng nghiệp trong lĩnh vực áp dụng tính toán thích nghi - hỏng dẻo cho vật thể đàn dẻo tái bền trong một số bài toán cụ thể. Đồng thời, những sai sót cơ bản của một số tác giả khi tìm cách phát triển lý thuyết thích nghi, theo tinh thần “không phụ thuộc đường đặt tải” cổ điển cho các mô hình vật liệu thực và phức tạp, như kết cấu đàn dẻo có các vết nứt, vật liệu bị hư hại, vật liệu có trí nhớ, vật liệu dẻo gradient cũng đã được chỉ ra trong nghiên cứu của PGS.TSKH Phạm Đức Chính.
Chia sẻ về những kết quả đạt được, PGS.TSKH Phạm Đức Chính cho biết, ông bắt đầu quan tâm phát triển lý thuyết thích nghi từ nhiều năm trước, bắt đầu với việc xây dựng các định lý thích nghi động giản yếu và phát triển các phương pháp chính xác và xấp xỉ giải tích tương ứng để giải các bài toán thích nghi quy hoạch phi tuyến cho một loạt các kết cấu đơn giản điển hình, như các hệ thanh, dầm, khung, các tấm tròn và chữ nhật, các vỏ cầu và trụ, các dầm và tấm bê tông cốt thép, chịu các tải trọng tựa tĩnh và động tựa tuần hoàn. Có thể nói, “thích nghi và hỏng dẻo kết cấu chịu lực” là 1 trong 2 hướng nghiên cứu chính đóng góp hơn 1/4 trong tổng số hơn 100 công bố trên các tạp chí ISI. Đặc biệt, phần lớn các công bố này được thực hiện bởi nội lực từ Việt Nam. 
Trong thời gian tới, PGS.TSKH Phạm Đức Chính sẽ cộng tác với các chuyên gia phương pháp số trong cơ học và quy hoạch phi tuyến nghiên cứu phát triển các phương pháp số phần tử hữu hạn kết hợp các kỹ thuật tối ưu quy hoạch phi tuyến để giải các bài toán thích nghi cho các lớp kết cấu phức tạp cụ thể và phân tích các dạng hỏng dẻo. Mặc dù bước đầu đã đạt được các thành công trong nghiên cứu các kết cấu ứng suất phẳng, tuy nhiên theo PGS.TSKH Phạm Đức Chính còn nhiều thách thức và khó khăn cần tiếp tục được giải quyết trên hướng này để đưa lý thuyết vào áp dụng thực tế rộng rãi.
Với những đóng góp cho hướng nghiên cứu “Thích nghi và hỏng dẻo kết cấu chịu lực”, PGS.TSKH Phạm Đức Chính đã được mời viết các chương/bài về lĩnh vực cho 2 Bộ sách “Bách khoa thư về mài mòn, ma sát, và bôi trơn” (Nhà xuất bản Springer - New York, 2013) và “Bách khoa thư về cơ học môi trường liên tục” (Nhà xuất bản Springer - Berlin, Heidelberg, sẽ được xuất bản thời gian tới), trong đó bài mới nhất được viết phần lớn dựa trên kết quả nghiên cứu mới này.

6. PGS.TS Nguyễn Lê Khánh Hằng và công trình “Virus cúm gia cầm độc lực cao A/H5N1, mối tương tác giữa người và động vật trong giai đoạn 2003-2010”.

Công trình nghiên cứu của TS. Lê Nguyễn Khánh Hằng đã xác định sự tiến hoá nhanh của virus HPAI H5N1 với sự phân tách thành 6 nhóm kháng nguyên tạo thành từ 8 kiểu gen trong giai đoạn nghiên cứu, đặc biệt nhóm kháng nguyên 2.3.4.3 xuất hiện trong giai đoạn 2007-2010 là căn nguyên của 12 trường hợp người nhiễm trong giai đoạn 2007-2009. 
Ngoài ra, kết quả nghiên cứu còn xác định được 34 amino axit trên protein HA thay đổi sau khi virus HPAI H5N1 từ gia cầm lây nhiễm sang người, nhưng phần lớn đột biến (n=24) phát hiện trên các virus đơn lẻ phân lập từ người là các trường hợp rải rác. Tuy nhiên, trong số đó có 18 amino axit không xuất hiện trên bất kỳ virus nào phân lập được từ gia cầm, và 4 amino axit còn lại chỉ gặp ở duy nhất 1 trình tự trong tổng số 655 trình tự HA được phân tích, như vậy có sự thích nghi của virus HPAI H5N1 khi xâm nhập gây nhiễm cho người. Ngoài ra, một số đột biến (Glu 627 Lys) trên các phân đoạn gen chức năng PB2 liên quan đến khả năng nhân lên hiệu quả của virus HPAI H5N1 trên tế bào biểu mô đường hô hấp người cũng được phát hiện trên 20 trong tổng số 37 virus phân lập từ người, và thay đổi này chỉ phát hiện trên duy nhất 1 virus trong tổng số 195 phân lập từ gia cầm, gợi ý cho sự chọn lọc thường xuyên trong quần thể virus HPAI H5N1 sau khi gây nhiễm cho người. Bên cạnh đó, kết quả nghiên cứu cũng phát hiện sự thay đổi của 9 axit amin khác cần phải được quan tâm khi tần suất các thay đổi này xuất hiện tăng theo thời gian trên số virus HPAI H5N1 phân lập ở người, trong khi giảm tại số virus phân lập từ gia cầm. Đây có thể sẽ là các thay đổi có khả năng ảnh hưởng đến sức khoẻ cộng đồng khi sự biến đổi của virus HPAI H5N1 ngày càng gia tăng. 
Kết quả nghiên cứu này đã cung cấp một danh sách các đột biến được xác định khi tương tác giữa người - động vật ở virus HPAI H5N1, có giá trị trong việc giám sát phân tử virus phục vụ các nghiên cứu trong tương lai ở Việt Nam và trên thế giới, giúp các nhà khoa học nhanh chóng phát hiện và xác định các đột biến liên quan đến sự thích ứng của virus cúm HPAI H5N1 trên động vật có vú. Kết quả này cũng cung cấp các số liệu tham chiếu cho nghiên cứu về các virus cúm A khác đang lưu hành trên động vật, gia cầm, chim hoang dã.
Có thể thấy, nghiên cứu đã tìm ra mối tương quan về thời gian và không gian giữa sự xuất hiện của virus HPAI H5N1 ở gia cầm và sự lây truyền của nó sang người, phân tích sự tiến hoá của virus HPAI H5N1, hệ thống các phân tích gia hệ, phân tử các virus HPAI H5N1 phân lập được trên người và gia cầm tại Việt Nam, từ những trường hợp mắc bệnh đầu tiên (2003) đến trường hợp gần đây nhất (2010). Sự thay đổi của các protein của virus HPAI H5N1 trong quá trình tương tác giữa người và động vật đã minh chứng cho giả thuyết các trường hợp người nhiễm virus H5N1 tại Việt Nam là do bị truyền trực tiếp từ gia cầm sang người. Sự thay đổi di truyền do trao đổi tích hợp tự nhiên trong quần thể virus HPAI H5N1 để thích ứng với người chưa có bằng chứng, tuy nhiên giám sát virus, phân tích sự tiến hoá của virus cúm gia cầm vẫn là việc làm bắt buộc. Trên cơ sở kết quả thu được, nhóm nghiên cứu đã phát triển các biện pháp kiểm soát, phòng ngừa có hiệu quả để đảm bảo sức khoẻ cộng đồng trong nước và chia sẻ các thông tin khoa học cho cộng đồng khoa học thế giới.
Tròn 20 năm theo đuổi công việc nghiên cứu tại Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương, PGS.TS Lê Nguyễn Khánh Hằng đã công bố 64 bài báo: 34 bài báo khoa học nước ngoài và 30 bài báo khoa học trong nước. Hiện nay, chị đang tiếp tục nghiên cứu thông qua các dự án Giám sát các virus cúm và virus hô hấp phối hợp cùng Chương trình An ninh y tế toàn cầu Hoa Kỳ (GHS); dự án Nâng cao năng lực giám sát cùng Đại học Nagasaki Nhật Bản và Giám sát miễn dịch cúm trong cộng đồng cùng Đại học Oxford Anh.

GIẢI THƯỞNG TRẺ
1. TS Đỗ Hoàng Sơn và công trình “Thoái hóa phức tạp Monge-Ampère chảy trên các miền giả ngẫu nhiên nghiêm ngặt”.

Phương trình Parabolic Monge-Ampère phức là một phương trình quan trọng trong lý thuyết giải tích phức và được nghiên cứu một cách rộng rãi bởi nhiều nhà toán học trên thế giới trong hơn ba thập kỷ qua. Người ta đã sử dụng phương trình Parabolic Monge-Ampère phức để chứng minh sự tồn tại metric Kähler-Einstein trên một số loại đa tạp Kähler compact, qua đó giúp hiểu rõ hơn các tính chất hình học của các đa tạp đó. Phương trình này cũng được sử dụng trong việc phân loại các đa tạp Kähler compact. Trong những nghiên cứu gần đây, phương trình này được sử dụng trong Chương trình mô hình tối tiểu, với mục đích tìm một “biểu diễn tốt” cho một đa tạp thông qua các ánh xạ song hữu tỷ.
Trong công trình này, tác giả nghiên cứu về bài toán giá trị biên - ban đầu của phương trình Parabolic Monge-Ampère phức trên miền giả lồi chặt với giá trị trên biên là chính quy và giá trị ban đầu suy biến. Đây là một hướng nghiên cứu mới và độc đáo bởi vì phương trình này mới được nghiên cứu một cách rộng rãi trên đa tạp compact và ít được nghiên cứu cho trường hợp trên miền. Bài báo đầu tiên nghiên cứu về phương trình Parabolic Monge-Ampère phức trên miền giả lồi chặt là bài báo của Hou-Li đăng trên Tạp chí Journal of the Institute of Mathematics of Jussieu năm 2010 về trường hợp các điều kiện biên và điều kiện ban đầu đều chính quy. Một nghiên cứu khác là bài báo của Guedj-Zeriahi đăng trên Tạp chí Mathematische Annalen năm 2015 về nghiệm nhớt của phương trình này trên miền giả lồi chặt. Trường hợp trên miền có điểm khó khăn hơn trường hợp đa tạp compact ở chỗ cần tới các đánh giá trên biên.
Trong bài báo của mình(đăng trên Tạp chí Mathematische Zeitschrift 287(2017), pp 587-6140, TS Đỗ Hoàng Sơn chỉ ra sự tồn tại duy nhất của nghiệm cổ điển của bài toán thỏa mãn sự hội tụ trong không gian L1 cũng như sự hội tụ theo dung lượng tới điều kiện ban đầu khi biến thời gian giảm về 0. Bài báo sử dụng nhiều phương pháp khó và phức tạp trong lý thuyết phương trình đạo hàm riêng và lý thuyết giải tích phức như: Phương pháp đánh giá đạo hàm cấp hai trên biên của Caffarelli, phương pháp đánh giá đạo hàm cấp 1 của Blocki, kỹ thuật đánh giá đạo hàm cấp hai của Guedj-Zeriahi…

TS Đỗ Hoàng Sơn đã từng theo học tại Khoa Toán, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội, sau đó tham gia các khóa đào tạo thạc sỹ, tiến sỹ tại Cộng hòa Pháp, về nước công tác tại Viện Toán học (Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam). Hiện anh làm việc trong nhóm nghiên cứu Giải tích phức ở Viện Toán học do GS Phạm Hoàng Hiệp (Giải thưởng Tạ Quang Bửu năm 2015 dành cho nhà khoa học trẻ) làm trưởng nhóm. Sau công trình này, anh cũng đã có thêm bài báo “Một cách tiếp cận độ nhớt cho vấn đề Dirichlet đối với các phương trình loại Hessian phức tạp” ("A viscosity approach to the Dirichlet problem for degenerate complex Hessian type equations") - là kết quả nghiên cứu cùng với nhà khoa học người Ba Lan Slawomir Dinew và nhà khoa học người Việt Nam Tô Tất Đạt hiện đang làm nghiên cứu tại Đại học Toulouse, Cộng hòa Pháp. Bài báo này được TS Sơn cùng cộng sự hoàn thành cuối năm 2017 và được đăng trên Tạp chí Analysis & PDE vào đầu năm 2019.

2. TS Nghiêm Thị Minh Hòa và công trình “Sự tiến triển theo thời gian của đỉnh cộng hưởng Kondo”.

Công trình này nằm trong chủ đề nghiên cứu các hệ tạp tương quan mạnh nói chung ở trạng thái bất cân bằng. Ví dụ như sự truyền dẫn điện qua chấm lượng tử đặt khi mà điện thế áp vào chấm lượng tử vượt qua ngưỡng của lý thuyết phản ứng tuyến tính. Đây là một trong những thử thách lớn chưa được giải quyết kỹ lưỡng, điều này khác biệt với hệ tạp tương quan điện tử mạnh cân bằngđã được nghiên cứu thấu đáo với các phương pháp có độ chính xác cao như tái chuẩn hoá số (NRG), Monte Carlo lượng tử (QMC). Lời giải cho hệ tạp bất cân bằng sẽ là chìa khoá cho nhiều vấn đề tồn tại trong vật lý. 
Về mặt vật lý, câu hỏi đặt ra là: tại thời điểm nào hệ tạp sẽ đạt được trạng thái tĩnh sau khi bị kích thích, và thời điểm đó liên quan đến các mức năng lượng đặc trưng nào của hệ? Công trình của TS Hòa và cộng sự đã mô tả cụ thể sự hình thành của đỉnh cộng hưởng Kondo ngay sau khi hệ bị kích thích (t=0)cho đến thời gian vô tận. Theo các tác giả, đỉnh cộng hưởng Kondo tương ứng với trạng thái spin tổng cộng của điện tử dẫn và hạt tạp bằng không, hình thành ở nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ Kondo TK, và hiện tượng này có thể được quan sát trong pha dẫn điện gần với chuyển pha Mott. Thông qua việc tính toán sự tiến triển theo thời gian của hàm phổ trong hình thức luận tái chuẩn hoá số phụ thuộc thời gian (TDNRG),công trình này đã chỉ ra đỉnh cộng hưởng Kondo hình thành ngay sau khi bị kích thích nhưng không hoàn chỉnh. Và phải đến khi thời gian lớn hơn 1/TKthì đỉnh cộng hưởng Kondo mới hoàn chỉnh (hình 1). Kết quả này đã trực tiếp trả lời câu hỏi ở trên, và thể hiện bức tranh sự hình thành của đỉnh cộng hưởng Kondomột cách chi tiết mà chưa có nghiên cứu nào trước đó làm được.

Hình 1. Tiến triển theo thời gian của phổ năng lượng.

Về mặt phương pháp, bản thân TDNRGđã được phát triển từ năm 2005 dựa trên việc xây dựng một hệ cơ sở tương ứng với Hamiltonian mô tả một hệ tạp bất kỳ, và có một số áp dụng để đo đạc các đại lượng vật lý tĩnh như độ từ hoá phụ thuộc thời gian trong các hệ Ohmic hai trạng thái. Tuy nhiên, các công bố trước đây chưa thành công khi sử dụng TDNRG để đo đạc các đại lượng động phụ thuộc thời gian do các công thức được đưa ra quá phức tạp và không thực hiện được tính toán số. Công trình của TS Hòa và cộng sự đã tối giản công thức tính toán đại lượng động phụ thuộc thời gianbằng cách áp dụng linh hoạt các quy tắc của hệ cơ sở, giúp cho tính toán các đại lượng động có thể dễ dàng thực hiện. Ngoài việc các công thức tính toán TDNRG ở đây cho ra bức tranh hình thành đỉnh cộng hưởng Kondo, thì các công thức này không bị giới hạn cho một mô hình tạp cụ thể và có thể áp dụng cả cho các hàm tương quan bậc cao. Do vậy, trong tương lai phương pháp này có thể áp dụng cho các hệ tạp khác như hệ tạp Kondo điện tử (tương tác Coulomb âm), hệ Ohmic hai trạng thái...
Với bài toán hệ mạng tương quan điện tử mạnh bất cân bằng, lý thuyết trường trung bình động (NEDMFT) được dùng để chiếu ánh xạ từ mô hình mạng lên mô hình tạp hiệu dụng, và nút thắt "cổ chai" của bài toán này chính là giải hệ tạp hiệu dụng đó theo thời gian thực. Như đã giới thiệu ở trên, các phương pháp giải bài toán tạp phụ thuộc thời gian khác chưa đủ chính xác để có thể mô tả được quá trình chuyển lên trạng thái kích thích và chuyển về trạng thái tĩnh của các hệ mạng. Phương pháp TDNRGmà TS Hòa và cộng sự đã phát triển có thể là "chìa khoá"cho nút thắt của lý thuyết NEDMFT. 
Ngoài ra, việc giải lý thuyết các hệ tạp và hệ mạng tương quan điện tử mạnh bất cân bằng đặt trong lý thuyết phổ phát xạ biến đổi theo thời gian sẽ cung cấp sự đối chiếu và dự đoán cho các phép đo phổ theo thời gian thựcđối với các vật liệu rắn có tương quan điện tử mạnh. Đây là một mảng nghiên cứu đang phát triển mạnh do các phép đo phổ có thể đạt tới độ phân giải siêu nhỏ cỡ femto giây (10-15 giây)./.
 

TH(Đinh Phượng)