Peneliti AS Temukan Pulsa 7 Volt Dapat Mengubah Struktur Internal Safir

Peneliti AS baru-baru ini menemukan bahwa penerapan pulsa 7 volt pada film tipis elektronik supertipis dapat memicu perubahan struktur safir di bawahnya. Ilmuwan di Laboratorium Nasional Argonne Departemen Energi AS menemukan bahwa pengaruh ini dapat menjangkau puluhan mikrometer ke dalam bagian internal safir, dengan kedalaman yang jauh melebihi ketebalan film itu sendiri. Dr. Zahir Islam, fisikawan di Laboratorium Nasional Argonne dan penulis bersama penelitian ini, menyatakan bahwa temuan ini menantang asumsi umum dalam mikroelektronika, yaitu bahwa substrat di bawah film hanya bertindak sebagai pendukung pasif. Sebaliknya, safir bereaksi saat perangkat elektronik beroperasi, dan memengaruhi perilaku film di atasnya.

Ia menegaskan: "Ini adalah pengamatan pergeseran paradigma yang potensial. Tidak bisa lagi diasumsikan begitu saja bahwa substrat tidak berkaitan dengan sifat atau perilaku perangkat."

Reaksi Tak Terduga Substrat Safir

Dalam penelitian ini, peneliti memeriksa film dioksida vanadium (VO2) yang ditumbuhkan di atas safir, film yang dapat berubah dari isolator listrik menjadi konduktor saat tegangan diterapkan. Dioksida vanadium biasanya digunakan pada saklar elektronik, perangkat nirkabel, sistem optik yang dapat disetel, dan jendela pintar. Material ini juga dieksplorasi untuk memristor, yaitu komponen elektronik yang mampu menyimpan data sinyal listrik sebelumnya, sehingga menarik untuk komputasi neuromorfik (neuromorphic computing). Pada perangkat yang dikaji ilmuwan, penerapan tegangan memicu transisi lokal dari isolator ke konduktor, yang menghasilkan benang konduktor sempit di dalam film isolator.

Ilmuwan menggunakan Advanced Photon Source Argonne untuk mempelajari perubahan struktur mendalam. Metode ini memungkinkan mereka memeriksa perubahan struktur di dalam perangkat dan di bawah permukaannya. Mereka menemukan bahwa seiring bertambahnya tegangan, benang konduktor melebar, dan pada saat yang sama timbul regangan tidak merata di safir di bawahnya, deformasi yang menembus ke dalam substrat kaku puluhan mikrometer, jauh melebihi yang diperkirakan hanya berdasarkan pemanasan.

Dr. Elliot Kisiel, penerima beasiswa Maria Goeppert Mayer di Laboratorium Nasional Argonne dan penulis utama penelitian ini, menyatakan bahwa tim awalnya mencurigai reaksi tak terduga substrat safir itu merupakan produk artefak eksperimen. Artefak eksperimen merujuk pada kesalahan atau hasil menyesatkan yang disebabkan oleh eksperimen itu sendiri, bukan fenomena yang diteliti. Kisiel menjelaskan dalam pernyataan pers: "Karena hasilnya sangat mengejutkan, kami melakukan pengujian berulang pada banyak perangkat, sampel, ketebalan film, dan bahkan substrat yang berbeda. Efek ini konsisten ada." Kisiel yakin bahwa seiring rampingnya ukuran perangkat elektronik dan semakin dekatnya jarak antar komponen, temuan ini akan semakin penting.

Potensi Aplikasi Komputasi Neuromorfik

Misalnya, aktivitas di satu perangkat dapat memicu perubahan mekanik pada substrat bersama, yang kemudian memengaruhi perangkat di dekatnya. Meskipun hal ini bisa menimbulkan masalah, hal itu juga dapat dimanfaatkan untuk komputasi neuromorfik, memungkinkan perangkat terhubung meniru cara otak memproses informasi.

Islam merangkum: "Kinerja unggul Advanced Photon Source Argonne memungkinkan kami mempelajari lebih banyak perangkat dalam waktu sinar yang lebih singkat, dan menangkap informasi struktural kaya dengan fidelitas tinggi." Penelitian ini telah diterbitkan di jurnal Science.

Peran Baru Safir dalam Perangkat Elektronik

Penelitian ini menunjukkan substrat safir tidak lagi sekadar pendukung pasif, melainkan mampu memengaruhi perilaku film secara aktif, temuan yang menantang asumsi tradisional mikroelektronika. Seiring rampingnya ukuran perangkat elektronik, saling pengaruh antar komponen akan semakin nyata, yang berpotensi mendatangkan dampak mendalam pada desain dan fungsi komponen elektronik masa depan. Khususnya di bidang komputasi neuromorfik, perubahan mekanik substrat ini mungkin dapat dimanfaatkan untuk meniru cara otak memproses informasi, membuka prospek aplikasi baru.