Peneliti Jepang telah mengungkapkan bagaimana medan magnet yang lemah dapat secara instan mengontrol arah listrik dalam logam kuantum.
Logam kuantum adalah bahan di mana efek kuantum, biasanya terbatas pada skala atom, menjadi cukup kuat untuk mempengaruhi perilaku listrik skala besar mereka.
Sebuah tim peneliti di Jepang kini telah mengungkapkan bagaimana listrik beroperasi dalam jenis logam kuantum unik yang dikenal sebagai logam kagome. Pekerjaan mereka adalah yang pertama menunjukkan bahwa medan magnet yang lemah dapat mengubah arus listrik yang bersirkulasi kecil dalam bahan -bahan ini. Ketika pembalikan ini terjadi, ia mengubah sifat listrik keseluruhan dari logam dan mengubah arah arus yang disukai. Fenomena ini, yang disebut efek dioda, berarti listrik dapat melewati lebih mudah satu jalan daripada yang lain.
Para ilmuwan juga menemukan bahwa efek geometris kuantum memperbesar proses switching hampir 100 kali. Diterbitkan di Prosiding Akademi Sains NasionalStudi ini meletakkan dasar teoritis untuk teknologi elektronik di masa depan yang dapat dipandu menggunakan medan magnet sederhana.
Meskipun switching magnetik yang tidak biasa dalam logam kagome telah diamati dalam percobaan sejak sekitar tahun 2020, penyebabnya dan kekuatan yang mengejutkan tetap menjadi misteri. Penelitian ini memberikan penjelasan teoretis pertama untuk keduanya.
Ketika frustrasi elektron tidak bisa selesai
Nama “Kagome Metal” berasal dari kata Jepang “Kagome,” yang berarti “mata keranjang” atau “pola keranjang,” yang mengacu pada teknik tenun bambu tradisional yang menciptakan desain segitiga yang saling terkait.
Logam-logam ini istimewa karena atom-atom diatur dalam pola tenun keranjang unik ini yang menciptakan apa yang disebut oleh para ilmuwan sebagai “frustrasi geometris”-elektron tidak dapat dipenuhi dengan pola sederhana dan terorganisir dan dipaksa ke dalam keadaan kuantum yang lebih kompleks yang mencakup arus loop.
Ketika loop saat ini dalam logam ini mengubah arah, perilaku listrik dari logam berubah. Tim peneliti menunjukkan bahwa loop arus dan pola elektron seperti gelombang (gelombang kepadatan muatan) bekerja bersama untuk menyelesaikan simetri mendasar dalam struktur elektronik. Mereka juga menemukan bahwa efek geometris kuantum – perilaku unik yang hanya terjadi pada skala material terkecil – secara signifikan meningkatkan efek switching.
“Setiap kali kita melihat perubahan magnetis, kita tahu sesuatu yang luar biasa terjadi, tetapi kita tidak bisa menjelaskan mengapa,” Hiroshi Kontani, penulis senior dan profesor dari Sekolah Sains Pascasarjana di Universitas NagoyaIngat.
“Logam Kagome memiliki amplifier default yang membuat efek kuantum jauh lebih kuat daripada yang ada dalam logam biasa. Kombinasi struktur kristal dan perilaku elektronik mereka memungkinkan mereka untuk melanggar aturan inti fisika tertentu secara bersamaan, sebuah fenomena yang dikenal sebagai kerusakan simetri spontan. Ini sangat jarang di alam dan menjelaskan mengapa efeknya kuat.” ”
Metode penelitian melibatkan logam pendingin hingga suhu yang sangat rendah sekitar -190 ° C pada suhu ini, logam kagome secara alami mengembangkan keadaan kuantum di mana elektron membentuk arus yang bersirkulasi dan membuat pola seperti gelombang di seluruh bahan. Ketika para ilmuwan menerapkan medan magnet yang lemah, mereka memutar arah arus yang berputar ini, dan sebagai hasilnya, arah aliran arus yang lebih disukai dalam perubahan logam.
Materi baru memenuhi teori baru
Terobosan dalam fisika kuantum tidak dimungkinkan sampai sekarang karena logam kagome hanya ditemukan sekitar tahun 2020. Sementara para ilmuwan dengan cepat mengamati efek dari peralihan listrik misterius dalam percobaan, mereka tidak dapat menjelaskan cara kerjanya.
Interaksi kuantum yang terlibat sangat kompleks dan membutuhkan pemahaman lebih lanjut tentang bagaimana arus loop, geometri kuantum, dan medan magnet bekerja bersama – pengetahuan yang hanya berkembang dalam beberapa tahun terakhir. Efek ini juga sangat sensitif terhadap kotoran, ketegangan, dan kondisi eksternal, yang membuatnya sulit untuk dipelajari.
“Penemuan ini terjadi karena tiga hal datang bersama pada waktu yang tepat: kami akhirnya memiliki bahan baru, teori canggih untuk memahaminya, dan peralatan berteknologi tinggi untuk mempelajarinya dengan benar. Tidak ada yang bersama baru-baru ini, itulah sebabnya tidak ada yang bisa menyelesaikan teka-teki ini sebelumnya,” tambah Profesor Kontani.
“Kontrol magnetik sifat listrik dalam logam ini memiliki potensi untuk memungkinkan jenis baru perangkat memori magnetik atau sensor ultra-sensitif. Studi kami memberikan pemahaman mendasar yang diperlukan untuk mulai mengembangkan generasi berikutnya dari teknologi terkontrol kuantum,” katanya.
Referensi: “Fenomena transportasi raksasa yang disebabkan oleh metrik dan reversibel non-reciprocal dalam fase kiral loop logam kagome” oleh Rina Tazai, Youichi Yamakawa, Takahiro Morimoto dan Hiroshi Kontani, 25 Agustus 2025, Prosiding Akademi Sains Nasional.
Doi: 10.1073/pnas.2503645122
Pendanaan: Kementerian Pendidikan, Kebudayaan, Olahraga, Ilmu dan Teknologi Jepang, Badan Sains dan Teknologi Jepang Penelitian Inti untuk Ilmu dan Teknologi Evolusioner
Jangan pernah melewatkan terobosan: Bergabunglah dengan Buletin ScitechDaily.
Ikuti kami di google, temukan, dan berita.
NewsRoom.id
