Teknologi prototipe menyusut AI untuk menghadirkan fungsionalitas seperti otak dalam satu perangkat yang kuat - ScienceDaily
Popular

Kegembiraan gelap menjadi sorotan – ScienceDaily


Menandakan akhir dari pencarian selama satu dekade, di kelas baru yang menjanjikan dari semikonduktor dua dimensi yang sangat tipis, para ilmuwan untuk pertama kalinya secara langsung memvisualisasikan dan mengukur partikel yang sulit dipahami, yang disebut eksiton gelap, yang tidak dapat dilihat oleh cahaya.

Teknik yang ampuh, dijelaskan dalam jurnal terkemuka Ilmu, dapat merevolusi penelitian menjadi semikonduktor dan eksitasi dua dimensi, dengan implikasi yang mendalam untuk perangkat teknologi masa depan, dari sel surya dan LED hingga ponsel cerdas dan laser.

Eksitasi adalah keadaan materi yang tereksitasi yang ditemukan dalam semikonduktor – bahan utama dalam banyak teknologi saat ini. Mereka terbentuk ketika elektron dalam bahan semikonduktor tereksitasi oleh cahaya ke tingkat energi yang lebih tinggi, meninggalkan “lubang” pada tingkat energi tempat elektron sebelumnya berada.

“Lubang adalah ketiadaan elektron, sehingga membawa muatan yang berlawanan ke sebuah elektron,” jelas penulis senior Profesor Keshav Dani, yang memimpin Unit Spektroskopi Femtosecond di Universitas Pascasarjana Institut Sains dan Teknologi Okinawa (OIST). “Muatan berlawanan ini menarik, dan elektron serta lubang mengikat bersama untuk membentuk eksiton yang kemudian dapat bergerak di seluruh materi.”

Dalam semikonduktor biasa, rangsangan dipadamkan dalam waktu kurang dari sepersejuta detik setelah penciptaan. Selain itu, mereka bisa menjadi ‘rapuh’, membuat mereka sulit untuk dipelajari dan dimanipulasi. Tetapi sekitar satu dekade lalu, para ilmuwan menemukan semikonduktor dua dimensi, di mana eksitonnya lebih kuat.

“Eksitasi yang kuat memberikan bahan ini sifat yang benar-benar unik dan menarik, jadi ada banyak penelitian intensif di seluruh dunia yang bertujuan menggunakannya untuk membuat perangkat optoelektronik baru,” kata rekan penulis pertama Dr. Julien Madéo, staf ilmuwan di OIST Femtosecond Spectroscopy Satuan. “Tapi saat ini, ada batasan utama dengan teknik eksperimental standar yang digunakan untuk mengukur eksitasi.”

Saat ini, para peneliti menggunakan teknik spektroskopi optik – pada dasarnya mengukur panjang gelombang cahaya yang diserap, dipantulkan, atau dipancarkan oleh bahan semikonduktor – untuk mengungkap informasi tentang status energi eksiton. Tetapi spektroskopi optik hanya menangkap sebagian kecil dari gambar.

Para ilmuwan telah lama mengetahui bahwa hanya satu jenis eksiton, yang disebut eksiton cerah, yang dapat berinteraksi dengan cahaya. Tetapi jenis kegembiraan lain juga ada, termasuk kegembiraan gelap yang dilarang momentum. Dalam jenis eksiton gelap ini, elektron memiliki momentum yang berbeda dari lubang tempat mereka terikat, yang mencegahnya menyerap cahaya. Ini juga berarti bahwa elektron dalam eksiton gelap memiliki momentum yang berbeda dari elektron pada eksiton terang.

“Kami tahu mereka ada, tetapi kami tidak dapat melihatnya secara langsung, kami tidak dapat secara langsung menyelidikinya, dan oleh karena itu kami tidak tahu seberapa penting mereka, atau seberapa besar pengaruhnya terhadap sifat optoelektronik material,” kata Dr. Madéo.

Menyinari kegembiraan gelap

Untuk memvisualisasikan rangsangan gelap untuk pertama kalinya, para ilmuwan memodifikasi teknik kuat yang sebelumnya banyak digunakan untuk mempelajari elektron tunggal tak terikat.

“Tidak jelas bagaimana teknik ini akan bekerja untuk eksiton, yang merupakan partikel komposit di mana elektron terikat. Ada banyak karya teoritis di komunitas ilmiah yang membahas validitas pendekatan ini,” kata Prof. Dani.

Metode mereka mengusulkan bahwa jika seberkas cahaya yang mengandung foton dengan energi yang cukup tinggi digunakan untuk memukul eksiton dalam bahan semikonduktor, energi dari foton akan memecah eksiton dan menendang elektron keluar dari materi.

Dengan mengukur arah elektron terbang keluar dari materi, para ilmuwan kemudian dapat menentukan momentum awal elektron ketika mereka menjadi bagian dari eksiton. Oleh karena itu, para ilmuwan tidak hanya dapat melihat, tetapi juga membedakan, rangsangan terang dari rangsangan gelap.

Tetapi menerapkan teknik baru ini membutuhkan penyelesaian beberapa tantangan teknis yang sangat besar. Para ilmuwan perlu menghasilkan pulsa cahaya dengan foton ultraviolet ekstrim berenergi tinggi yang mampu memecah eksiton dan menendang elektron keluar dari materi. Instrumen kemudian dibutuhkan untuk dapat mengukur energi dan sudut elektron ini. Lebih jauh, karena eksitasi berumur pendek, instrumen harus bekerja pada skala waktu kurang dari seperseribu miliar detik. Terakhir, instrumen juga membutuhkan resolusi spasial yang cukup tinggi untuk mengukur sampel semikonduktor 2D, yang biasanya hanya tersedia dalam ukuran skala mikron.

“Ketika kami memecahkan semua masalah teknis, dan menyalakan instrumen, pada dasarnya di layar kami ada kegembiraan – itu benar-benar menakjubkan,” kata rekan penulis pertama Dr. Michael Man, juga dari Unit Spektroskopi Femtosecond OIST.

Para peneliti melihat bahwa, seperti yang diperkirakan, ada eksiton terang dan gelap hadir dalam bahan semikonduktor. Tetapi yang mengejutkan mereka, para ilmuwan juga menemukan bahwa rangsangan gelap mendominasi materi, melebihi jumlah rangsangan terang. Tim mengamati lebih lanjut bahwa dalam kondisi tertentu, saat elektron tereksitasi tersebar di seluruh materi dan mengubah momentum, eksiton dapat bergeser antara terang atau gelap.

“Dominasi eksitasi gelap dan interaksi antara rangsangan gelap dan terang menunjukkan bahwa rangsangan gelap berdampak pada kelas baru semikonduktor bahkan lebih besar daripada yang diantisipasi,” kata Dr. Madéo.

Teknik ini merupakan terobosan nyata, “kata Prof. Dani.” Tidak hanya memberikan pengamatan pertama dari eksitasi gelap dan menerangi sifat-sifatnya, tetapi juga mengantarkan era baru dalam studi eksitasi dan partikel tereksitasi lainnya. “

Dipersembahkan Oleh : Lapak Judi

Baca Juga : Lagutogel/a>