Sifat ultra-relativistik elektron dalam graphene terkait dengan sifat topologi dari fungsi gelombangnya. Eksperimen terbaru, yang dilakukan di Institute of Condensed Matter Physics dari Autonomous University of Madrid (UAM), telah berhasil memvisualisasikan properti ini dengan mikroskop efek terowongan, mengukur singularitas topologi di sekitar atom hidrogen yang teradsorpsi dalam graphene. .
Hasilnya, diterbitkan dalam jurnal Nature dengan kolaborasi tim fisikawan internasional, menunjukkan bahwa metode tersebut dapat diterapkan pada bahan lain dalam mencari keadaan elektronik topologi baru.
Saat ini, diperkirakan sekitar 24% dari bahan yang diketahui dapat memiliki sifat topologi, meskipun hanya sejumlah kecil yang telah diidentifikasi. “Pengembangan metode pendeteksian baru ini akan memungkinkan penemuan material baru dengan sifat eksotik,” kata para penulis.
Singularitas Topologi
Zona waktu adalah cara yang berguna untuk mewakili waktu di permukaan dunia. Namun, itu memaksa kita untuk mengajukan pertanyaan berikut: jam berapa di kutub utara tempat semua zona waktu bertemu? Menggunakan representasi ini, kutub utara adalah titik tunggal di mana waktu tidak didefinisikan dengan baik.
Salah satu cara untuk menonjolkan keunikan ini adalah dengan mengirimkan seorang pengelana untuk mengelilingi dunia ke arah timur, seperti yang dilakukan Jules Verne dengan Phileas Fogg dalam bukunya Around the World in Eighty Days . Pelancong melintasi semua 24 zona waktu selama perjalanannya dengan memajukan arlojinya satu jam setiap kali ia melintasi zona waktu. Jadi, dibandingkan dengan seorang pengamat yang telah tinggal di tempat yang sama, ia akan mengamati perubahan waktu tepat satu hari setelah ia kembali ke titik awalnya.
Perbedaan ini, yang memungkinkan perubahan akhir buku Jules Verne, luar biasa dalam arti bahwa perbedaan itu tidak bergantung pada detail perjalanan, seperti garis lintang atau waktu yang dihabiskan untuk itu. Itu hanya tergantung pada jumlah belokan di sekitar kutub utara. Properti jenis ini dikatakan topologi.
Dalam fisika kuantum, sifat topologi mencirikan keadaan elektronik baru. Misalnya, elektron berenergi rendah dalam graphene berperilaku seperti partikel seperti cahaya yang bergerak dengan kecepatan 0,3% dari kecepatannya. Perilaku ultra-relativistik ini dicirikan oleh singularitas topologi, sejenis kutub utara dalam ruang abstrak.
“Karena elektron juga memiliki jam, fase fungsi gelombangnya, singularitas topologi dapat diidentifikasi dengan memaksa elektron berputar sendiri dengan menggunakan medan magnet dan membandingkan jamnya. Di bawah kondisi ini, akumulasi perbedaan fase setelah navigasi mengarah pada pengamatan efek Hall kuantum anomali, yang mengkonfirmasi keberadaan partikel ultra-relativistik dalam graphene dan, oleh karena itu, keberadaan bahan ini “, mereka merinci para peneliti.
Lompatan konseptual
Metode yang dipublikasikan di Nature memungkinkan akses ke properti topologi yang sama. Metode ini merupakan lompatan konseptual, karena tidak perlu memaksa elektron untuk berputar di sekitar kutub utaranya. Sebaliknya, para peneliti telah menunjukkan bahwa adalah mungkin untuk mewujudkan singularitas abstrak pada permukaan graphene dengan menempatkan atom hidrogen di atasnya.
“Singularitas terungkap dengan munculnya dislokasi di muka gelombang kerapatan keadaan elektronik di sekitar atom hidrogen, yang dapat diamati menggunakan mikroskop efek terowongan,” para penulis menjelaskan.
Tim menunjukkan bagaimana jumlah tambahan muka gelombang adalah ukuran keunikan graphene. Dengan demikian, kemajuan ini membuka cara baru untuk memahami keadaan topologi materi, yang menentukan sifat optik dan elektronik bahan.
Karya ini merupakan kolaborasi internasional dengan peneliti dari UAM, Komisariat Prancis untuk Energi Atom dan Energi Alternatif, Pusat Penelitian Nasional (Prancis) dan Universitas Radboud Nijmegen (Belanda).
Eksperimen dilakukan oleh Héctor González-Herrero dan Iván Brihuega, dari atom oleh kelompok atom , yang melekat pada Institut Fisika Benda Terkondensasi UAM.
Sumber : http://biotech-spain.com/es/articles/nuevo-m-todo-para-detectar-propiedades-ex-ticas-de-los-materiales/
