Artikel ini telah ditinjau sesuai dengan proses dan kebijakan editorial Science X. Para editor telah menekankan atribut berikut sambil memastikan kredibilitas konten:
fakta diverifikasi
publikasi yang ditinjau oleh rekan sejawat
sumber terpercaya
membenarkan
OKE! Efek Hall kuantum fraksional umumnya telah diamati di bawah medan magnet yang sangat tinggi, namun fisikawan di MIT kini telah mengamatinya dalam graphene sederhana. Dalam superlattice moire graphene/hexagonal boron nitride (hBN) lima lapis, elektron (bola biru) berinteraksi kuat satu sama lain dan berperilaku seolah-olah dipecah menjadi muatan pecahan. Kredit: Sampson Wilcox, RLE
× tutup
Efek Hall kuantum fraksional umumnya telah diamati di bawah medan magnet yang sangat tinggi, namun fisikawan di MIT kini telah mengamatinya dalam graphene sederhana. Dalam superlattice moire graphene/hexagonal boron nitride (hBN) lima lapis, elektron (bola biru) berinteraksi kuat satu sama lain dan berperilaku seolah-olah dipecah menjadi muatan pecahan. Kredit: Sampson Wilcox, RLE
Elektron adalah satuan dasar listrik karena ia membawa muatan negatif tunggal. Itulah yang diajarkan fisika sekolah menengah kepada kita, dan itu adalah sebagian besar alam.
Namun dalam keadaan materi yang sangat khusus, elektron dapat terpecah menjadi pecahan-pecahan dari keseluruhannya. Fenomena ini, yang dikenal sebagai “muatan pecahan”, sangat jarang terjadi, dan jika dapat dikorelasikan dan dikendalikan, keadaan elektronik yang eksotik ini dapat membantu membangun komputer kuantum yang tahan lama dan toleran terhadap kesalahan.
Sampai saat ini, efek ini, yang dikenal oleh fisikawan sebagai “efek Hall kuantum pecahan”, telah diamati beberapa kali dan sebagian besar terjadi di bawah medan magnet yang sangat tinggi dan dijaga dengan hati-hati. Baru-baru ini para ilmuwan melihat efek pada material yang tidak memerlukan manipulasi magnet yang kuat.
Fisikawan di MIT kini telah mengamati efek muatan pecahan yang sulit dipahami, kali ini dalam bahan yang lebih sederhana: lima lapisan graphene—lapisan karbon tipis secara atom yang berasal dari grafit dan padatan biasa. Mereka melaporkan hasilnya di Nature.
Mereka menemukan bahwa ketika lima lembar graphene ditumpuk seperti anak tangga, struktur yang dihasilkan secara inheren menyediakan kondisi yang tepat bagi elektron untuk melewati sebagian kecil dari muatan totalnya, tanpa memerlukan medan magnet eksternal.
Hasilnya adalah bukti pertama dari “efek Hall anomali kuantum pecahan” (istilah “anomali” mengacu pada tidak adanya medan magnet) dalam kristal graphene, bahan yang tidak diharapkan oleh fisikawan untuk menunjukkan efek ini.
“Grafena lima lapis ini adalah sistem material tempat banyak kejutan baik terjadi,” kata penulis studi Long Ju, asisten profesor fisika di MIT. “Muatan pecahan sangat eksotis, dan sekarang kita dapat mewujudkan efek ini dengan sistem yang lebih sederhana dan tanpa medan magnet. Hal ini penting untuk fisika dasar. Dan ini dapat memungkinkan jenis komputasi kuantum yang lebih tahan terhadap interferensi. “
Rekan penulis Ju di MIT adalah penulis utama Zhengguang Lu, Tonghang Han, Yuxuan Yao, Aidan Reddy, Jixiang Yang, Junseok Seo dan Liang Fu, bersama dengan Kenji Watanabe dan Takashi Taniguchi dari Institut Nasional Ilmu Material di Jepang.
Keadaan yang aneh
Efek Hall kuantum pecahan adalah contoh fenomena aneh yang dapat terjadi ketika partikel berubah dari berperilaku sebagai unit individu menjadi bertindak bersama sebagai keseluruhan. Perilaku “berkorelasi” kolektif ini muncul dalam keadaan khusus, seperti ketika elektron diperlambat dari kecepatan biasanya yang hingar-bingar menjadi merangkak, yang memungkinkan partikel-partikel tersebut merasakan satu sama lain dan berinteraksi. Interaksi ini dapat menghasilkan keadaan elektronik yang jarang terjadi, seperti pemisahan muatan elektron yang tampaknya tidak lazim.
Pada tahun 1982, para ilmuwan menemukan efek Hall kuantum pecahan dalam heterostruktur galium arsenida, di mana gas elektron terkurung dalam bidang dua dimensi ditempatkan di bawah medan magnet tinggi. Penemuan ini kemudian membuat kelompok tersebut mendapatkan Hadiah Nobel Fisika.
“[The discovery] adalah masalah yang sangat besar karena muatan satuan ini berinteraksi sedemikian rupa sehingga menghasilkan muatan pecahan yang sangat, sangat aneh,” kata Ju. “Tidak ada prediksi teoritis pada saat itu, dan eksperimen tersebut mengejutkan semua orang.”
Para peneliti ini mencapai hasil terobosan mereka dengan menggunakan medan magnet untuk memperlambat elektron material agar dapat berinteraksi. Bidang yang mereka kerjakan sekitar 10 kali lebih kuat dari apa yang biasanya menggerakkan peralatan MRI.
Pada bulan Agustus 2023, para ilmuwan di Universitas Washington melaporkan bukti pertama muatan pecahan tanpa medan magnet. Mereka mengamati versi efek “anomali” ini dalam semikonduktor bengkok yang disebut molibdenum ditellurida. Kelompok tersebut menyiapkan material dalam konfigurasi tertentu yang diperkirakan oleh para ahli teori akan memberikan material tersebut medan magnet intrinsik yang cukup untuk mendorong elektron melakukan fraksionasi tanpa kontrol magnet eksternal.
Informasi lebih lanjut:
Long Ju, Efek Hall anomali kuantum pecahan dalam graphene multilayer, Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-023-07010-7. www.nature.com/articles/s41586-023-07010-7
Informasi dari buku harian:
Alam
Kisah ini diterbitkan ulang atas izin MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), sebuah situs populer yang meliput berita tentang penelitian, inovasi, dan pengajaran MIT.
+ There are no comments
Add yours