Ilmuwan Temukan Cara Kontrol Sifat Elektronik Logam Lewat Ketebalan Nanometer

Para peneliti menemukan langkah untuk mengubah sifat elektronik logam secara drastis hanya dengan menyesuaikan ketebalannya pada skala nano.(AI/ScienceDaily.com)

SEBUAH tim peneliti dari University of Minnesota Twin Cities sukses mendemonstrasikan langkah baru nan mengejutkan untuk mengubah perilaku elektronik suatu logam. Dengan merancang hubungan atom secara jeli pada titik pertemuan dua bahan, tim ini bisa mengubah sifat-sifat material logam secara signifikan.

Penelitian nan dipublikasikan dalam jurnal Nature Communications ini menunjukkan bahwa kejadian nan dikenal sebagai polarisasi antarmuka dapat digunakan untuk mengatur kegunaan kerja permukaan (surface work function) pada logam rutenium dioksida  (RuO2) hingga lebih dari 1 partikel volt (eV). Efek luar biasa ini sukses dicapai hanya dengan mengubah ketebalan lapisan movie ultra-tipis tersebut sebesar beberapa nanometer saja.

Secara umum, polarisasi biasanya dikaitkan dengan bahan isolator (penyekat) dan ferroelektrik, bukan pada material logam. Namun, para peneliti menemukan langkah unik untuk menstabilkan polarisasi di dalam sistem logam dan menggunakannya untuk memengaruhi perilaku elektronik.

"Kami sering berpikir bahwa polarisasi adalah sesuatu nan dimiliki oleh isolator alias ferroelektrik, bukan logam," kata Bharat Jalan, guru besar dan Shell Chair di Departemen Teknik Kimia dan Ilmu Material, University of Minnesota. "Sains kami menunjukkan bahwa, melalui kreasi antarmuka nan cermat, Anda dapat menstabilkan polarisasi dalam sistem logam dan menggunakannya sebagai tombol untuk mengatur sifat elektronik. Ini membuka langkah berpikir nan sama sekali baru tentang pengendalian logam."

Tim peneliti menemukan pengaruh perubahan ini sangat berjuntai pada tingkat ketebalan lapisan logam. Perubahan nan paling dramatis terjadi ketika lapisan rutenium dioksida mencapai ketebalan sekitar 4 nanometer, alias setara dengan lebar satu untai DNA manusia.

Pada titik ketebalan 4 nanometer tersebut, logam mengalami fase transisi dari kondisi tegang (strained state) akibat pengaruh material di bawahnya, menjadi susunan atom nan lebih rileks. Hasil ini memberikan bukti langsung bahwa langkah atom-atom diatur di dalam suatu material dapat memberikan pengaruh nan terukur pada karakter elektroniknya.

"Ini sangat mengejutkan," ujar Seung Gyo Jeong, penulis utama studi sekaligus peneliti di golongan Profesor Jalan. "Kami memperkirakan adanya pengaruh antarmuka nan halus, tetapi tidak menduga adanya perubahan kegunaan kerja nan besar dan dapat dikendalikan seperti ini. Mampu memvisualisasikan pergeseran polar pada skala atom dan menghubungkannya langsung dengan pengukuran elektronik adalah perihal nan sangat menarik."

Keberhasilan memantau pergerakan atom berukuran mikro nan rupanya terhubung langsung dengan perubahan elektronik skala besar ini membuktikan bahwa rekayasa antarmuka dapat menjadi perangkat baru nan kuat untuk mengontrol logam. Selain memperluas pemahaman mendasar para intelektual di bagian fisika, penemuan ini diharapkan dapat memandu pengembangan perangkat elektronik masa depan, sistem katalisis, hingga teknologi kuantum. (Science Daily/Z-2)