SEBUAH tim peneliti dari University of Minnesota Twin Cities berhasil mendemonstrasikan cara baru yang mengejutkan untuk mengubah perilaku elektronik suatu logam. Dengan merancang interaksi atom secara cermat pada titik pertemuan dua bahan, tim ini mampu mengubah sifat-sifat material logam secara signifikan.
Penelitian yang dipublikasikan dalam jurnal Nature Communications ini menunjukkan bahwa fenomena yang dikenal sebagai polarisasi antarmuka dapat digunakan untuk mengatur fungsi kerja permukaan (surface work function) pada logam rutenium dioksida (RuO2) hingga lebih dari 1 elektron volt (eV). Efek luar biasa ini berhasil dicapai hanya dengan mengubah ketebalan lapisan film ultra-tipis tersebut sebesar beberapa nanometer saja.
Secara umum, polarisasi biasanya dikaitkan dengan bahan isolator (penyekat) dan ferroelektrik, bukan pada material logam. Namun, para peneliti menemukan cara unik untuk menstabilkan polarisasi di dalam sistem logam dan menggunakannya untuk memengaruhi perilaku elektronik.
“Kami sering berpikir bahwa polarisasi adalah sesuatu yang dimiliki oleh isolator atau ferroelektrik, bukan logam,” kata Bharat Jalan, profesor dan Shell Chair di Departemen Teknik Kimia dan Ilmu Material, University of Minnesota. “Sains kami menunjukkan bahwa, melalui desain antarmuka yang cermat, Anda dapat menstabilkan polarisasi dalam sistem logam dan menggunakannya sebagai tombol untuk mengatur sifat elektronik. Ini membuka cara berpikir yang sama sekali baru tentang pengendalian logam.”
Tim peneliti menemukan efek perubahan ini sangat bergantung pada tingkat ketebalan lapisan logam. Perubahan yang paling dramatis terjadi ketika lapisan rutenium dioksida mencapai ketebalan sekitar 4 nanometer, atau setara dengan lebar satu untai DNA manusia.
Pada titik ketebalan 4 nanometer tersebut, logam mengalami fase transisi dari kondisi tegang (strained state) akibat pengaruh material di bawahnya, menjadi susunan atom yang lebih rileks. Hasil ini memberikan bukti langsung bahwa cara atom-atom diatur di dalam suatu material dapat memberikan pengaruh yang terukur pada karakteristik elektroniknya.
“Ini sangat mengejutkan,” ujar Seung Gyo Jeong, penulis utama studi sekaligus peneliti di kelompok Profesor Jalan. “Kami memperkirakan adanya efek antarmuka yang halus, tetapi tidak menduga adanya perubahan fungsi kerja yang besar dan dapat dikendalikan seperti ini. Mampu memvisualisasikan pergeseran polar pada skala atom dan menghubungkannya langsung dengan pengukuran elektronik adalah hal yang sangat menarik.”
Keberhasilan memantau pergerakan atom berukuran mikro yang ternyata terhubung langsung dengan perubahan elektronik skala besar ini membuktikan bahwa rekayasa antarmuka dapat menjadi alat baru yang kuat untuk mengontrol logam. Selain memperluas pemahaman mendasar para ilmuwan di bidang fisika, penemuan ini diharapkan dapat memandu pengembangan perangkat elektronik masa depan, sistem katalisis, hingga teknologi kuantum. (Science Daily/Z-2)
About the Author
