Sebuah studi yang dilakukan oleh para peneliti dari NC State University dan University of Pittsburgh mengungkapkan bahwa arah injeksi putaran mempengaruhi transmisi putaran elektron dalam bahan kiral, membuka jalan bagi kemajuan teknologi spintronik yang hemat energi.
Para peneliti di North Carolina State University dan University of Pittsburgh menyelidiki bagaimana informasi putaran elektron, yang disebut arus putaran murni, bergerak melalui bahan kiral. Mereka menemukan bahwa arah injeksi putaran ke dalam bahan kiral mempengaruhi kemampuan bahan kiral untuk melewatinya. “Gerbang” kiral ini dapat digunakan untuk merancang perangkat spintronik hemat energi untuk penyimpanan data, komunikasi, dan komputasi.
Perangkat spintronik memanfaatkan putaran elektron, bukan muatannya, untuk menghasilkan arus dan memindahkan informasi melalui perangkat elektronik.
“Salah satu tujuan spintronik adalah untuk memindahkan informasi putaran melalui suatu material tanpa harus memindahkan muatan terkait, karena memindahkan muatan memerlukan lebih banyak energi – itulah sebabnya ponsel dan komputer Anda menjadi panas ketika Anda menggunakannya dalam waktu lama,” kata David Waldeck, profesor kimia di Sekolah Seni dan Sains Kenneth P. Dietrich di Pitt dan salah satu penulis makalah tersebut.
Peran Kiralitas dalam Spintronics
Padatan kiral adalah bahan yang tidak dapat ditumpangkan pada bayangan cerminnya – bayangkan tangan kiri dan kanan Anda, misalnya. Sarung tangan kidal tidak pas di tangan kanan, begitu pula sebaliknya. Kiralitas dalam material spintronik memungkinkan peneliti mengontrol arah putaran di dalam material.
“Sebelum penelitian ini dilakukan, ada anggapan bahwa kesan kiralitas, atau 'kewenangan' suatu material sangat penting dalam menentukan bagaimana dan apakah putaran akan bergerak melalui material tersebut,” kata Dali Sun, profesor fisika, anggota dari Lab Elektronik Organik dan Karbon (ORaCEL) di Universitas Negeri Carolina Utara dan rekan penulis karya tersebut.
“Dan ketika Anda memindahkan semua elektron melalui material, hal itu tetap berlaku. Namun kami menemukan bahwa jika Anda menyuntikkan putaran murni ke dalam bahan kiral, penyerapan arus putaran sangat bergantung pada sudut antara polarisasi putaran dan sumbu kiral; dengan kata lain, apakah polarisasi putaran sejajar atau tegak lurus terhadap sumbu kiral.”
Temuan Eksperimental tentang Arus Putar
“Kami menggunakan dua pendekatan berbeda, eksitasi partikel gelombang mikro dan pemanasan laser ultracepat, untuk menyuntikkan putaran murni ke dalam bahan kiral yang dipilih dalam penelitian ini, dan kedua pendekatan tersebut memberi kami kesimpulan yang sama,” kata Jun Liu, profesor teknik mesin dan luar angkasa. Anggota ORaCEL di NC State dan salah satu penulis karya ini.
“Bahan kiral yang kami pilih adalah dua lapisan tipis oksida kiral kobalt, masing-masing dengan sifat kiral, atau 'kidal' yang berbeda,” kata Liu. “Film tipis oksida kobalt non-kiral biasanya digunakan dalam elektronik modern.”
Ketika tim menyuntikkan putaran murni yang sejajar tegak lurus dengan sumbu kiral material, mereka mencatat bahwa putaran tersebut tidak bergerak melalui material. Namun, ketika putaran murni disejajarkan sejajar atau anti-paralel dengan sumbu kiral, penyerapannya, atau kemampuannya untuk melewati material, meningkat sebesar 3000%.
“Karena putaran hanya dapat melewati bahan kiral ini dalam satu arah, hal ini memungkinkan kami merancang gerbang kiral untuk digunakan pada perangkat elektronik,” kata Sun. “Dan penelitian ini juga menantang sebagian dari apa yang kami pikir kami ketahui tentang bahan kiral dan putaran, yang merupakan sesuatu yang ingin kami eksplorasi lebih jauh.”
Referensi: “Penyerapan anisotropik kolosal dari arus putaran yang disebabkan oleh kiralitas” oleh Rui Sun, Ziqi Wang, Brian P. Bloom, Andrew H. Comstock, Cong Yang, Aeron McConnell, Caleb Clever, Mary Molitoris, Daniel Lamont, Zhao-Hua Cheng , Zhe Yuan, Wei Zhang, Axel Hoffmann, Jun Liu, David H. Waldeck dan Dali Sun, 3 Mei 2024, Kemajuan dalam Sains.
DOI: 10.1126/sciadv.adn3240
Pekerjaan ini didukung oleh Departemen Energi dengan nomor penghargaan DE-SC0020992 dan ER46430; Program Penelitian Ilmiah Kantor Angkatan Udara, Inisiatif Penelitian Universitas Multidisiplin (MURI) dengan nomor penghargaan FA9550-23-1-0311 dan FA9550-23-1-0368; dan National Science Foundation dengan nomor penghargaan DMR 2011978 dan NSF-ECCS 2246254.
NewsRoom.id
