Fase Baru Materi dalam Magnet Mirip dengan "Setengah Es, Setengah Api"

 Perubahan suhu yang sangat kecil dapat menghasilkan fase materi yang sama sekali baru.

Gambar ilustrasi dibuat oleh AI

Ringkasan: 

• Para peneliti menemukan fase baru materi dalam magnet yang disebut "setengah es, setengah api" (half ice, half fire), di mana elektron-elektron berperilaku dalam dua fase yang berbeda.
• Fase ini ditemukan dalam komponen magnetik Sr3CuIrO6 dan terjadi ketika suhu dan medan magnet eksternal mencapai titik tertentu, menyebabkan perubahan fase yang tajam.
• Penemuan ini dapat memiliki aplikasi yang menarik dalam teknologi seperti komputasi kuantum, spintronik, dan pendingin canggih.
• Penemuan ini juga membuka pintu ke kemungkinan baru dalam memahami dan mengendalikan fase dan transisi fase dalam materi tertentu.

KURANG dari satu dekade lalu, para peneliti menemukan fase materi yang aneh di mana elektron dari senyawa tertentu akan berperilaku dalam dua fase yang sangat berbeda. 

Beberapa memiliki spin yang sangat terorganisasi dengan baik, sementara yang lain benar-benar berantakan. Peneliti menyebutnya sebagai keadaan "setengah api, setengah es". 

Kini, para peneliti telah menemukan bahwa dalam beberapa kondisi yang sangat spesifik, keadaan yang berlawanan terbentuk.

Material aneh yang mereka temukan ini disebut Sr3CuIrO6, senyawa magnetik dari strontium, tembaga, iridium, dan oksigen. 

Pada tahun 2016, ketika mempelajari material ini, Alexei Tsvelik dan Weiguo Yin dari Laboratorium Nasional Brookhaven menemukan fase materi yang aneh pada suhu tertentu dan di bawah pengaruh medan magnet eksternal.

Elektron memiliki sifat yang disebut spin, yang mirip dengan momentum sudut, seperti gasing yang berputar. 

Mereka dapat menunjuk ke arah tertentu atau ke arah acak, tetapi dalam keadaan ini – "setengah api, setengah es" – lokasi tempat atom tembaga berada memiliki spin yang semuanya tidak teratur, sementara pada lokasi iridium, spinnya tertata sepenuhnya.

Tim tersebut kini telah menemukan bahwa, pada titik yang sangat spesifik, keadaan berubah dari api dan es menjadi es dan api. Lokasi tembaga menjadi "beku", sementara lokasi iridium menjadi "panas" dengan spin yang menunjuk secara acak. 

Grafik yang menunjukkan perubahan medan magnet (h) atau suhu (T) untuk mencapai keadaan tertentu. Grafik: Brookhaven National Laboratory

Secara khusus, peralihan antara kedua keadaan tersebut sangat tajam, dan tim tersebut berpikir bahwa hal ini dapat memiliki beberapa aplikasi yang menarik.

"Menemukan keadaan baru dengan sifat fisik yang eksotis — dan mampu memahami dan mengendalikan transisi antara keadaan tersebut — merupakan masalah utama dalam bidang fisika benda terkondensasi dan ilmu material.

 "Memecahkan masalah tersebut dapat menghasilkan kemajuan besar dalam teknologi seperti komputasi kuantum dan spintronik," kata Yin dalam sebuah pernyataan seperti dikutip dari IFL Science.

"Kami menyarankan bahwa temuan kami dapat membuka pintu baru untuk memahami dan mengendalikan fase dan transisi fase dalam material tertentu," tambah Tsvelik.

Tim tersebut yakin bahwa aplikasi yang menarik dapat dibuat dalam teknologi pendinginan tingkat lanjut.

Namun demikian, ketajaman perubahan fase juga dapat digunakan dalam teknologi informasi kuantum – misalnya, sebagai bentuk penyimpanan. Alih-alih 0 dan 1, Anda mungkin memiliki api/es atau es/api.

"Selanjutnya, kita akan mengeksplorasi fenomena api-es dalam sistem dengan spin kuantum dan dengan kisi, muatan, dan derajat kebebasan orbital tambahan," kata Yin. 

"Pintu menuju kemungkinan baru kini terbuka lebar."

Penelitian tersebut dipublikasikan dalam jurnal Physical Review Letters. |Sumber: IFL Science