Jika Anda pernah membaca cerita tentang penelitian kuantum akhir-akhir ini, di Columbia News atau di tempat lain, Anda mungkin pernah mendengar istilah tersebut Materi 2D atau dua dimensi.
Ilustrasi struktur atom graphene, suatu bentuk karbon 2D yang sangat kuat.
Pada bulan Januari, ahli kimia Columbia menerbitkan penelitian tentang yang pertama Fermion berat 2D, kelas material dengan elektron yang sangat berat. Pada bulan November, sekolah Teknik menerbitkan sebuah cerita tentang “Menggerakan Laser pada Material 2D.” Dan awal tahun lalu, peneliti menemukan superkonduktivitas dan feroelektrik dalam material 2D yang sama. Daftarnya berlanjut.
Jadi, apa itu materi 2D dan mengapa para ilmuwan begitu tertarik?
Materi dua dimensi sesuai dengan bunyinya: Bahan yang tebalnya hanya 1 atau 2 atom tetapi lebih lebar ke segala arah. Seringkali material 2D yang digunakan oleh para ilmuwan berukuran beberapa mikrometer persegi – tidak terlihat dengan mata telanjang, namun dapat dilihat dengan jenis mikroskop yang mungkin pernah Anda gunakan di kelas sains sekolah menengah. Material 2D yang digunakan para ilmuwan adalah campuran material alami, seperti graphene, suatu bentuk karbon ultra-kuat yang ditemukan di Columbia pada tahun 2004, dan material yang disintesis di laboratorium, seperti CeSil, kristal yang pertama kali dirakit di Columbia tahun lalu. terdiri dari cerium, silikon, dan yodium. Bahan-bahan ini biasanya dimulai dalam bentuk tiga dimensi, dan para ilmuwan mengupasnya menjadi dua dimensi untuk menjalankan eksperimen pada bahan-bahan tersebut dan mencari tahu seperti apa sifat fisiknya. superkonduktivitas or daya tarik, mungkin muncul ketika bahannya datar atomnya. Para ilmuwan sedang berupaya mengembangkan cara-cara baru untuk membuat materi 2D dari awal, tanpa perlu mengupasnya dari 3D, namun kualitasnya masih belum sempurna.
Banyak hal yang membuat materi 2D menarik, tetapi yang utama adalah materi tersebut membatasi cara partikel seperti elektron dapat bergerak di dalamnya. Ahli Kimia Kolombia Xavier Roy menggunakan analogi lalu lintas untuk menjelaskannya:
“Pikirkan seperti ini: Jika kita memiliki mobil terbang yang dapat melakukan perjalanan dalam ruang tiga dimensi, kita akan mampu mengurangi sebagian besar lalu lintas di New York. Tapi karena mobil kita saat ini hanya bisa bergerak dalam dua dimensi, kita akan mengalami kemacetan parah di Times Square,” kata Roy dalam wawancara baru-baru ini.
“Hal yang sama terjadi pada elektron ketika kita berpindah dari 3D ke 2D, namun dalam kasus kita, 'lalu lintas' antar elektron bermanfaat! Ketika interaksi elektron-elektron ini menjadi lebih kuat, kita dapat mengubah sifat suatu material sepenuhnya. Misalnya, ketika ketebalan bahan fermion berat 3D berkurang (yaitu menjadi lebih 2D), bahan tersebut dapat bertransisi dari sifat magnetis menjadi superkonduktor.”
Bahan dua dimensi juga dapat dengan mudah diubah: Menumpuknya dengan sedikit sudut di antara lapisan, menerapkan gaya seperti medan listrik dan medan magnet, dan meregangkan bahan dengan memutar atau memberikan tekanan pada bahan tersebut dapat mengubah sifat-sifatnya. Ambil satu contoh saja: Dengan hanya menumpuk dua lembar bahan yang disebut tungsten diselenida di atas satu sama lain, memelintirnya, dan menambah atau menghilangkan muatan listrik, bahan tersebut dapat beralih dari logam penghantar listrik ke isolator penghambat listrik dan kembali lagi.
Para ilmuwan juga tertarik dengan potensi penggunaan material 2D dalam teknologi, yang sering disebut oleh para ilmuwan sebagai “aplikasi”.
Material dua dimensi kemungkinan akan memainkan peran penting dalam elektronik generasi berikutnya, termasuk komputer kuantum yang masih dalam pengembangan. Mengapa? Sebagian besar karena material 2D berukuran sangat kecil dengan sifat unik dan dapat dikontrol (seperti superkonduktivitas), dan teknologi selalu mencari sesuatu yang dapat mencapai hasil lebih cepat, lebih efisien, dan menggunakan lebih sedikit ruang.
Sumber: Columbia University
