Para peneliti di University of Sydney telah mengembangkan metode mikroskopi baru yang menggunakan tomografi probe atom untuk mengamati perubahan skala atom pada material. Kemajuan ini meningkatkan pemahaman tentang sifat material dan dapat menghasilkan paduan yang lebih kuat untuk dirgantara, semikonduktor yang lebih efisien, dan magnet yang lebih baik untuk motor.
Peneliti di Universitas Sydney telah mengembangkan metode mikroskopi baru menggunakan atom tomografi penyelidikan untuk mengeksplorasi perubahan tingkat atom pada material, menjanjikan kemajuan signifikan dalam ilmu dan rekayasa material.
Teknik mikroskopi baru memungkinkan peneliti mengamati perubahan kecil dalam struktur atom bahan kristal, seperti baja canggih yang digunakan dalam pembuatan kapal dan silikon khusus untuk elektronik. Metode ini berpotensi meningkatkan pemahaman kita tentang asal muasal sifat dan perilaku bahan.
Dalam sebuah makalah yang diterbitkan di Bahan AlamiPara peneliti dari Sekolah Teknik Dirgantara, Mekanik, dan Mekatronika Universitas Sydney telah memperkenalkan cara baru untuk mengungkap hubungan atom dalam material.
Terobosan ini dapat membantu mengembangkan paduan yang lebih kuat dan ringan untuk industri kedirgantaraan, generasi baru semikonduktor untuk elektronik, dan magnet yang lebih baik untuk motor listrik. Hal ini juga dapat memungkinkan terciptanya produk yang berkelanjutan, efisien, dan hemat biaya.
Teknik Canggih dalam Tomografi Probe Atom
Studi yang dipimpin oleh Wakil Rektor Bidang Infrastruktur Penelitian Universitas Sydney, Profesor Simon Ringer, memanfaatkan kekuatan tomografi probe atom (APT) untuk mengungkap seluk-beluk orde jarak pendek (SRO). Proses SRO merupakan kunci untuk memahami lingkungan atom lokal yang sangat penting bagi pengembangan material inovatif yang dapat mendukung generasi baru paduan dan semikonduktor.
SRO terkadang disamakan dengan 'genom material', susunan atau konfigurasi atom dalam kristal. Hal ini penting karena susunan atom lokal yang berbeda memengaruhi sifat elektronik, magnetik, mekanis, optik, dan sifat lain dari suatu material, yang memengaruhi keamanan dan fungsionalitas berbagai produk.
Gambar 2D simulasi sebuah atom dari wahana atom. Kredit: University of Sydney
Hingga saat ini, SRO telah menjadi tantangan bagi para peneliti untuk diukur dan dikuantifikasi karena susunan atom terjadi pada skala yang sangat kecil sehingga sulit dilihat dengan teknik mikroskop konvensional.
Metode baru menggunakan APT, yang dikembangkan oleh tim Profesor Ringer, mengatasi tantangan ini dan membuka jalan bagi kemajuan dalam ilmu material yang dapat memiliki implikasi luas untuk baja untuk lambung kapal dan silikon khusus untuk elektronik di berbagai industri.
“Penelitian kami merupakan terobosan signifikan dalam ilmu material,” kata Profesor Ringer, seorang insinyur material di Sekolah Teknik Dirgantara, Mekanik, dan Mekatronika (AMME).
“Di luar struktur dan simetri kristal, kami ingin mengetahui lebih banyak tentang hubungan lingkungan berskala atom dalam kristal—apakah acak atau tidak acak? Jika yang terakhir, kami ingin mengukurnya. SRO memberi kami informasi ini dengan sangat rinci, membuka kemungkinan yang sangat besar untuk merancang material secara khusus, atom demi atom, dengan pengaturan lingkungan tertentu untuk mencapai sifat yang diinginkan seperti kekuatan.”
Penelitian ini berfokus pada paduan entropi tinggi, yang menjanjikan untuk berbagai aplikasi rekayasa tingkat lanjut.
Implikasi dan Penelitian Masa Depan
“Paduan ini telah menjadi subjek upaya penelitian ekstensif di seluruh dunia karena minat terhadap penggunaannya dalam situasi yang membutuhkan kekuatan suhu tinggi, seperti pada mesin jet dan pembangkit listrik, serta untuk perisai radiasi neutron dalam reaktor nuklir, di mana perlindungan terhadap kerusakan radiasi diperlukan,” kata Profesor Ringer.
Tim tersebut menggunakan teknik ilmu data tingkat lanjut yang memanfaatkan data dari APT—teknik pencitraan canggih yang memvisualisasikan atom dalam 3D, yang memungkinkan tim untuk mengamati dan mengukur SRO, membandingkan bagaimana perubahannya pada paduan dalam kondisi pemrosesan yang berbeda.
Penelitian ini berfokus pada pengamatan entropi tinggi kobalt-kromium-nikel paduanmenunjukkan betapa berbedanya perlakuan panas dapat mengubah SRO.
“Hal ini menyediakan pola dasar untuk penelitian di masa mendatang di mana SRO mengendalikan sifat-sifat material yang penting. Masih banyak yang harus dilakukan pada berbagai aspek analisis SRO—ini masalah yang sulit, tetapi ini merupakan langkah maju yang penting,” kata Profesor Ringer.
Dr Mengwei He, seorang peneliti pascadoktoral di Sekolah Teknik Dirgantara, Mekanik, dan Mekatronika mengatakan:
“Kemampuan untuk mengukur dan memahami tatanan jangka pendek telah mengubah pendekatan kami terhadap desain material. Hal ini memberi kami sudut pandang baru untuk melihat bagaimana perubahan kecil dalam arsitektur tingkat atom dapat menghasilkan lompatan besar dalam kinerja material.”
Yang terpenting, penelitian ini meningkatkan kemampuan peneliti untuk melakukan simulasi komputasi, membuat model, dan akhirnya memprediksi perilaku material karena SRO menyediakan cetak biru skala atom yang terperinci.
Peneliti pascadoktoral senior Dr Andrew Breen berkata: “Kami telah menunjukkan bahwa ada suatu rezim di mana SRO memang dapat diukur menggunakan tomografi probe atom. Kami tidak hanya memelopori pendekatan eksperimental dan kerangka komputasi untuk mengukur SRO, kami juga telah menghasilkan analisis sensitivitas yang membatasi rentang keadaan yang tepat di mana pengukuran tersebut valid, dan di mana pengukuran tersebut tidak valid.”
Dr Will Davids, yang meraih gelar doktornya bersama Profesor Ringer dan kini bekerja di firma teknik Infravue, mengatakan: “Ini merupakan perkembangan yang menarik karena kami telah menunjukkan bahwa pengukuran SRO dapat dilakukan pada paduan multikomponen, yang tidak diragukan lagi akan menguntungkan komunitas ilmu material dan teknik. Komunitas tersebut kini ingin mengeksplorasi cara untuk lebih memperluas metode pengukuran SRO, jadi ini merupakan bidang penelitian besar yang baru saja dibuka.”
Referensi: “Mengukur orde jarak pendek menggunakan tomografi probe atom” oleh Mengwei He, William J. Davids, Andrew J. Breen dan Simon P. Ringer, 2 Juli 2024, Bahan Alami.
DOI: 10.1038/s41563-024-01912-1
Penelitian ini didukung oleh Discovery Program dari Australian Research Council (ARC). Tim juga mengucapkan terima kasih atas dukungan dari program Australia–US Multidisciplinary University Research Initiative (AUSMURI) yang didukung oleh Pemerintah Australia. Tim mengucapkan terima kasih atas dukungan teknis dan ilmiah untuk eksperimen yang dilakukan di fasilitas penelitian berikut: Sydney Microscopy and Microanalysis (SMM), Sydney Analytical, Sydney Informatics Hub, dan Sydney Manufacturing Hub. SMM adalah simpul dasar Microscopy Australia, fasilitas mikroskopi nasional yang didukung oleh NCRIS. Semua tim peneliti adalah anggota School of Aerospace, Mechanical, and Mechatronic Engineering di Faculty of Engineering, dan merupakan anggota Australian Centre for Microscopy & Microanalysis. Aplikasi paten oleh Profesor Ringer sebagian terkait dengan pekerjaan ini.
NewsRoom.id
