Bahan semikonduktor dua dimensi molibdenum disulfida diisi dengan elektron (bola merah). Interaksi elektron-elektron menyebabkan putaran semua elektron (panah merah) sejajar dalam arah yang sama. Energi pertukaran yang diperlukan untuk membalik putaran satu elektron dalam keadaan feromagnetik dapat ditentukan oleh pemisahan antara dua garis spektrum tertentu. Kredit: N. Leisgang, Universitas Harvard, sebelumnya Departemen Fisika, Universitas Basel/Scixel
Sebuah penelitian telah memperluas cakupan bahan feromagnetik untuk mencakup molibdenum disulfida, yang menunjukkan bahwa bahan tersebut dapat menunjukkan sifat yang mirip dengan besi dalam kondisi tertentu. Ini termasuk mengukur energi yang dibutuhkan untuk memodifikasi spin elektronnya, menyoroti potensi stabilitas dan kegunaannya.
Feromagnetisme merupakan fenomena fisik penting yang berperan penting dalam banyak teknologi. Sudah diketahui umum bahwa logam seperti besi, kobalt, dan nikel bersifat magnetis pada suhu ruangan karena putaran elektronnya sejajar — dan hanya pada suhu yang sangat tinggi bahan-bahan ini kehilangan sifat magnetnya.
Menemukan Sifat Feromagnetik Baru
Para peneliti yang dipimpin oleh Profesor Richard Warburton dari Departemen Fisika dan Institut Swiss untuk Nanosains di Universitas Basel telah menunjukkan bahwa molibdenum disulfida juga menunjukkan sifat feromagnetik dalam kondisi tertentu. Ketika terpapar suhu rendah dan medan magnet eksternal, elektron dalam material berputar dan semuanya mengarah ke arah yang sama.
Dalam studi terbaru mereka yang diterbitkan dalam jurnal Surat Tinjauan FisikPara peneliti menentukan berapa banyak energi yang dibutuhkan untuk membalik putaran elektron tunggal dalam keadaan feromagnetik ini. “Energi pertukaran” ini penting karena menggambarkan stabilitas feromagnetisme.
Pekerjaan Detektif Menghasilkan Solusi Sederhana
“Kami mengeksitasi molibdenum disulfida menggunakan laser dan menganalisis garis spektrum yang dipancarkannya,” jelas Dr. Nadine Leisgang, penulis utama penelitian tersebut. Mengingat bahwa setiap garis spektrum berhubungan dengan panjang gelombang dan energi tertentu, para peneliti dapat menentukan energi pertukaran dengan mengukur jarak antara garis spektrum tertentu. Mereka menemukan bahwa dalam molibdenum disulfida, energi ini hanya sekitar 10 kali lebih kecil daripada dalam besi — yang menunjukkan bahwa feromagnetisme material tersebut sangat stabil.
“Meskipun solusinya tampak sederhana, dibutuhkan cukup banyak kerja detektif untuk mengalokasikan garis spektrum dengan benar,” kata Warburton.
Material 2D dalam Teknologi Modern
Material dua dimensi memainkan peran penting dalam penelitian material karena sifat fisiknya yang khusus, yang merupakan hasil dari efek mekanika kuantum. Material dua dimensi juga dapat ditumpuk untuk membentuk “heterostruktur van der Waals.”
Dalam contoh yang terlihat dalam penelitian ini, lapisan molibdenum disulfida dikelilingi oleh boron nitrida heksagonal dan grafenaLapisan-lapisan ini disatukan oleh ikatan van der Waals yang lemah dan telah menarik perhatian di bidang elektronik dan optoelektronik karena sifat-sifatnya yang unik. Memahami sifat-sifat listrik dan optiknya sangat penting untuk penerapannya dalam teknologi masa depan.
Referensi: “Ferromagnetic Electronic Ground State Exchange Energy in Monolayer Semiconductors” oleh Nadine Leisgang, Dmitry Miserev, Hinrich Mattiat, Lukas Schneider, Lukas Sponfeldner, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Martino Poggio dan Richard J. Warburton, 8 Juli 2024, Surat Tinjauan Fisik.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.133.026501
NewsRoom.id
