Membuka Rahasia Kuantum yang Tersembunyi dalam Berlian untuk Elektronika Tingkat Lanjut
Spektrum serapan optik berlian yang sangat presisi mengungkap pemisahan yang sangat halus. Kredit: KyotoU/Nobuko Naka
Spektrum serapan optik berlian yang sangat presisi mengungkap pemisahan yang sangat halus.
Selain menjadi “sahabat wanita”, berlian juga memiliki aplikasi industri yang luas, misalnya dalam bidang elektronik solid-state. Teknologi baru bertujuan untuk menghasilkan kristal sintetis dengan kemurnian tinggi yang menjadi unggulan semikonduktor ketika diolah dengan pengotor sebagai donor elektron atau akseptor unsur lain.
Ilmu Doping
Elektron tambahan ini – atau lubang – tidak berpartisipasi dalam ikatan atom tetapi kadang-kadang mengikatnya kegembiraan — kuasi-partikel yang terdiri dari elektron dan lubang elektron — dalam semikonduktor dan zat terkondensasi lainnya. Doping mungkin menyebabkan perubahan fisik, tapi bagaimana caranya kompleks eksiton — keadaan terikat dari dua lubang bermuatan positif dan satu elektron bermuatan negatif — yang terwujud dalam berlian yang diolah dengan boron masih belum dikonfirmasi. Ada dua interpretasi yang bertentangan mengenai struktur eksiton.
Penelitian Terobosan tentang Excitons
Sebuah tim peneliti internasional yang dipimpin oleh Universitas Kyoto kini telah menentukan besarnya interaksi spin-orbit dalam rangsangan terikat akseptor dalam semikonduktor.
“Kami berhasil menembus batas resolusi energi konvensional pendaran pengukuran dengan secara langsung mengamati struktur halus dari rangsangan terikat dalam berlian biru yang didoping boron, menggunakan serapan optik,” kata ketua tim Nobuko Naka dari Sekolah Pascasarjana Sains KyotoU.
“Kami berhipotesis bahwa, dalam sebuah eksiton, dua lubang bermuatan positif terikat lebih kuat daripada pasangan elektron dan lubang,” tambah penulis pertama Shinya Takahashi. “Struktur eksiton terikat akseptor ini menghasilkan dua kembar tiga dipisahkan oleh pemisahan spin-orbit sebesar 14,3 meV, mendukung hipotesis tersebut.”
Pendaran yang dihasilkan dari eksitasi termal dapat digunakan untuk mengamati keadaan energi tinggi, namun metode pengukuran arus ini memperluas garis spektral dan mengaburkan pemisahan ultra-halus.
Teknik Tingkat Lanjut dan Arah Masa Depan
Sebaliknya, tim Naka mendinginkan kristal berlian ke suhu kriogenik, memperoleh sembilan puncak pada spektrum serapan ultraviolet dalam, dibandingkan dengan empat puncak yang biasanya menggunakan pendaran. Selain itu, para peneliti mengembangkan model analitik termasuk efek spin-orbit untuk memprediksi posisi energi dan intensitas penyerapan.
“Dalam penelitian masa depan, kami mempertimbangkan kemungkinan mengukur serapan di bawah medan eksternal, yang mengarah pada pemisahan garis lebih lanjut dan validasi karena perubahan simetri,” kata Julien Barjon dari Université Paris-Saclay.
Implikasinya bagi Ilmu Material
“Hasil kami memberikan wawasan yang berguna tentang interaksi spin-orbit dalam sistem di luar material padat, seperti fisika atom dan nuklir. Pemahaman yang lebih mendalam tentang material dapat meningkatkan kinerja perangkat berlian, seperti dioda pemancar cahaya, pemancar kuantum, dan detektor radiasi,” catat Naka.
Referensi: “Efek Spin-Orbit pada Kompleks Eksiton di Berlian” oleh Shinya Takahashi, Yoshiki Kubo, Kazuki Konishi, Riadh Issaoui, Julien Barjon dan Nobuko Naka, 26 Februari 2024, Surat Tinjauan Fisik.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.096902
RisalahPos.com Network
Related posts
# PARTNERSHIP
