04 Maret 2015

LANGKAH PENTING KE ARAH KOMPUTASI KUANTUM: “KAWAT LOGAM” PADA SKALA ATOMIK

Ads by Google

Gambar mikroskopik isolator topologi dari bahan Bismut-Rhodium-Iodine
Gambar mikroskopik sebuah isolator topologi yang dari bahan Bismut-Rhodium-Iodine (Bi14Rh3I9)
Credit: M. Morgenstern, RWTH Aachen

Dalam Jurnal Nature Physics, fisikawan Jerman melaporkan bahwa mereka berhasil mengamati secara eksperimen arus yang mengalir melalui terowongan yang terdapat di permukaan kristal isolator topologis. Terowongan yang dilewati arus tersebut memiliki lebar yang kurang dari satu nanometer dan panjangnya satu kali kisi kristal. Para ilmuwan tersebut juga menunjukkan bagaimana langkah ini dapat dibuat dalam berbagai konfigurasi.

Isolator topologi merupakan topik yang sedang hangat di bidang fisika material. Fitur yang paling menjanjikan dari material jenis ini adalah bahwa material tersebut dapat berperilaku baik sebagai konduktor dan sebagai isolator. Bagian dalam material dapat mencegah aliran arus listrik sedangkan bagian pinggir luar atau bagian permukaannya memungkinkan untuk melakukan perpindahan muatan.

Fisikawan Jerman di RWTH Aachen, Pusat Penelitian Julich, TU Dresden, dan Leibniz Institute for Solid State and Material Research Dresden telah melaporkan bahwa aliran arus di permukaan isolator topologi tersalurkan melalui jalur yang kecil, yang secara teoritis telah dihitung dan telah diamati secara eksperimen. Hasil penemuan ini telah dipublikasikan dalam Jurnal Nature Physics edisi 2 Maret 2015. Dalam artikel jurnal tersebut, ditunjukkan bahwa untuk bahan Bismuth-Rhodium-Iodine, saluran tersebut melekat pada permukaan yang bersifat satu dimensi dan bekerja sepanjang fase yang dibentuk oleh tepi-tepi lapisan atomik. Hasil Scanning Tunneling Spectroscopy mengungkapkan bahwa saluran elektron tersebut bersifat kontinu baik dalam hal energinya maupun ruangnya dan ukuran lebarnya lebih kecil dari 1 nanometer.

Ads by Google


Dengan karakteristik isolator topologi yang dimilikinya, arus listrik akan mengalir tanpa adanya gangguan (halangan) dalam saluran terowongan ini di lain pihak muatannya dapat berpindah dari satu saluran ke saluran lainnya. Dengan cara ini, permukaan material akan bertindak sebagai sekumpulan kawat listrik yang ditentukan oleh pola atomik pada permukaan kristal. Fisikawan mendemonstrasikan bahwa permukaan tersebut dapat ditata dalam berbagai susunan, sehingga memungkinkan jaringan saluran untuk dibuat dengan tingkat ketelitian hingga ukuran nanometer. Aliran arus yang tersalurkan melalui terowongan ini akan memungkinkan transfer elektron sekaligus menghindarkan terjadinya penyebaran elektron yang biasa terjadi sebagai akibat dari pemakaian daya, dimana elektron akan terlempar dari lintasannya. Dengan demikian, kehilangan energi yang dihasilkan dan pembentukan panas yang terjadi dapat dikurangi. Karakteristik ini membuat isolator topologi menarik untuk aplikasi elektronika. Bahkan, sifat ini diharapkan dapat melahirkan teknik baru pemrosesan informasi seperti spintronik atau komputasi kuantum. Namun demikian, persyaratan utama untuk dapat mengembangkan alat-alat elektronika baru yang didasarkan pada isolator topologi adalah perlunya pemahaman yang sangat mendalam tentang fenomena kuantum ini. Hasil penelitian yang dilakukan oleh tim penelitian dari Jerman ini merupakan batu loncatan awal untuk menuju ke arah tersebut.

Selama dekade terakhir ini usaha yang maksimal telah dilakukan oleh fisikawan di seluruh dunia untuk meneliti dan menggambarkan proses transpor dalam material isolator topologi. Pada tahun 2013 lalu, tim Profesor Michael Ruck di TU Dresden telah berhasil untuk pertama kalinya menumbuhkan kristal tunggal Bismuth-Rhodium-Iodine. Dengan bergabungnya para ahli teori dari Leibniz Institute for Solid State and Materials Research Dresden mereka akhirnya dapat menyimpulkan bahwa kristal-kristal tersebut merupakan isolator topologi dengan saluran penghantar listrik. Eksperimen terbaru yang dilakukan di RWTH Aachen dan kombinasi perhitungan teoritis di Dresden kini telah membuktikan hipotesis ini.

Sumber: Technische Universitaet Dresden. "Important step towards quantum computing: Metals at atomic scale." ScienceDaily. ScienceDaily, 2 March 2015.

0 komentar :

Posting Komentar