Representasi seniman tentang muatan bergerak dalam graphene bilayer yang terbentuk secara alami. Kredit: Lukas Kroll
Para peneliti telah menunjukkan bahwa lapisan ganda graphene dapat berfungsi baik sebagai superkonduktor dan isolator, sebuah properti yang dapat merevolusi teknologi transistor. Fungsi ganda ini memungkinkan pengembangan skala nano transistor yang sangat hemat energi.
Sebuah tim peneliti internasional yang dipimpin oleh Universitas Göttingen telah menunjukkan secara eksperimental bahwa elektron dalam graphene lapisan ganda yang terjadi secara alami bergerak seperti partikel tanpa massa, sama seperti cahaya bergerak. Lebih jauh lagi, mereka telah menunjukkan bahwa arus dapat “dinyalakan” dan dimatikan, yang mempunyai potensi untuk mengembangkan transistor kecil yang hemat energi – seperti saklar lampu di rumah Anda tetapi pada skala nano. Institut Teknologi Massachusetts (DENGAN), AS, dan National Institute for Materials Science (NIMS), Jepang, juga terlibat dalam penelitian ini. Hasilnya dipublikasikan di jurnal ilmiah Komunikasi Alam.
Dr Anna Seiler. Kredit: Christian Eckel
Sifat dan Tantangan Graphene
Graphene diidentifikasi pada tahun 2004 dan merupakan lapisan tunggal atom karbon. Di antara banyak sifatnya yang tidak biasa, graphene dikenal dengan konduktivitas listriknya yang luar biasa tinggi karena kecepatan elektron yang tinggi dan konstan yang melewati material ini. Fitur unik ini membuat para ilmuwan bermimpi menggunakan graphene untuk transistor yang lebih cepat dan hemat energi.
Tantangannya adalah untuk membuat transistor, materialnya perlu dikontrol agar mempunyai keadaan isolasi yang tinggi selain keadaannya yang sangat konduktif. Namun dalam graphene, “peralihan” kecepatan pembawa seperti itu tidak dapat dicapai dengan mudah. Faktanya, graphene biasanya tidak memiliki keadaan isolasi, sehingga membatasi potensi graphene sebagai transistor.
Terobosan dalam Penelitian Transistor Graphene
Tim Universitas Göttingen kini menemukan bahwa dua lapisan graphene, seperti yang ditemukan dalam bentuk graphene lapisan ganda yang terbentuk secara alami, menggabungkan yang terbaik dari kedua dunia: sebuah struktur yang mendukung pergerakan luar biasa cepat dari elektron yang bergerak seperti cahaya seolah-olah mereka tidak punya energi. massa, selain keadaan isolasi.
Para peneliti menunjukkan bahwa kondisi ini dapat diubah dengan penerapan medan listrik yang diterapkan secara tegak lurus pada material, sehingga membuat lapisan ganda graphene menjadi isolasi.
Profesor Thomas Weitz. Kredit: T Weitz
Sifat elektron yang bergerak cepat ini secara teoritis telah diprediksi sejak tahun 2009, namun diperlukan peningkatan kualitas sampel secara signifikan karena dimungkinkan oleh bahan yang disediakan oleh NIMS dan kolaborasi erat mengenai teori dengan MIT, sebelum hal ini dapat diidentifikasi secara eksperimental. Meskipun eksperimen ini dilakukan pada suhu kriogenik – sekitar 273° di bawah titik beku – eksperimen ini menunjukkan potensi graphene bilayer untuk membuat transistor yang sangat efisien.
“Kami sudah mengetahui teorinya. Namun, sekarang kami telah melakukan eksperimen yang benar-benar menunjukkan dispersi elektron seperti cahaya pada graphene bilayer. Ini adalah momen yang sangat menarik bagi seluruh tim,” kata Profesor Thomas Weitz, di Fakultas Fisika Universitas Göttingen.
Anna Seiler, peneliti pascadoktoral dan penulis pertama juga di Universitas Göttingen, menambahkan: “Pekerjaan kami hanyalah sebuah langkah pertama namun sangat penting. Langkah selanjutnya bagi para peneliti adalah melihat apakah graphene bilayer benar-benar dapat meningkatkan transistor atau menyelidiki potensi efek ini di bidang teknologi lainnya.”
Referensi: “Menyelidiki struktur pita multi-kerucut yang dapat disetel dalam graphene bilayer Bernal” oleh Anna M. Seiler, Nils Jacobsen, Martin Statz, Noelia Fernandez, Francesca Falorsi, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Zhiyu Dong, Leonid S. Levitov dan R. Thomas Weitz, 11 April 2024, Komunikasi Alam.
DOI: 10.1038/s41467-024-47342-0
