Grafena dianggap sebagai salah satu bahan utama yang kita ketahui. Tidak hanya lebih kuat dari baja, ketebalannya juga hanya satu atom, yang berarti kita dapat membuat struktur ringan yang kuat dari bahan tersebut dan dapat segera menggunakannya untuk membuat perangkat elektronik yang sangat kecil dan sangat tipis.
BACA BERIKUTNYA: Apa itu graphene dan apa fungsinya?
Para peneliti di Institute of Photonic Sciences (ICFO) di Barcelona, bersama dengan tim di Graphene Flagship, telah menggunakan bahan ajaib ini untuk memeras cahaya hingga setebal satu atom saja. Studi mereka, diterbitkan di Sains, menjelaskan bagaimana mereka menggunakan graphene untuk membatasi cahaya, menandai era baru sensor, detektor, dan sakelar optik ultra-kecil.
Lihat terkait
Saat ini, ukuran chip komputer sedang berjuang untuk mengecil, hal ini bertentangan dengan Hukum Moore – a teori yang menguraikan penyusutan perangkat secara eksponensial yang mendorong industri pembuatan chip bertahun-tahun. Temuan tim peneliti dapat mengarah pada penciptaan saklar ultra-kecil yang sekali lagi dapat memfasilitasi kelanjutan hukum Moore.
Terobosan tim ICFO ini penting karena upaya sebelumnya yang menggunakan logam untuk mengecilkan cahaya umumnya gagal dalam memampatkan gelombang cahaya menjadi faktor bentuk sekecil itu. Eksperimen lain yang berhasil mendorong cahaya di bawah batas difraksinya akan selalu mengakibatkan hilangnya energi. Graphene mengatasi hal ini.
“Graphene terus mengejutkan kita: tidak ada yang mengira bahwa membatasi cahaya pada batas satu atom adalah mungkin,” seru Profesor Frank Koppens yang memimpin penelitian di ICFO. “Ini akan membuka serangkaian aplikasi baru, seperti komunikasi optik dan penginderaan pada skala di bawah satu nanometer.”
Seperti halnya penemuan ilmiah lainnya, tampaknya tim peneliti benar-benar menemukan sifat penyalur cahaya graphene secara tidak sengaja.
“Awalnya kami mencari cara baru untuk merangsang plasmon graphene,” jelas David Alcaraz Iranzo, penulis utama makalah dari ICFO. “Dalam perjalanannya, kami menemukan bahwa lockdown lebih kuat dari sebelumnya dan kerugian tambahannya minimal. Jadi kami memutuskan untuk mencapai batas satu atom dengan hasil yang mengejutkan.”
Tim peneliti menggunakan tumpukan heterostruktur – bahan dua dimensi – untuk membangun perangkat nano-optik. Mereka kemudian menggunakan lapisan tunggal graphene, yang berfungsi sebagai semi-logam, dan menumpuk lapisan tunggal boron nitrida heksagonal di atasnya untuk bertindak sebagai isolator. Selain itu, mereka juga menyimpan serangkaian batang logam. Keputusan untuk menggunakan graphene semata-mata karena sifat pemandu cahayanya karena elektronnya yang berosilasi yang dikenal sebagai plasmon.
BACA BERIKUTNYA: Benang nano berlian bisa menjadi material super kuat yang ditunggu-tunggu dunia
Jika itu semua tidak Anda ketahui, jangan khawatir. Pada dasarnya, penelitian ini dirancang untuk melihat bagaimana plasmon menyebar di antara logam dan graphene. Terobosan yang tidak disengaja terjadi ketika para peneliti memutuskan untuk mengurangi kesenjangan antara logam dan graphene sebanyak mungkin untuk melihat apakah energi akan hilang jika cahaya dibatasi.
Yang mengejutkan mereka, dengan menggunakan monolayer boron nitrida heksagonal sebagai pengatur jarak, plasmon graphene masih tereksitasi dan mampu merambat dengan bebas bahkan ketika dibatasi pada saluran setebal satu atom saja. Tim kemudian berhasil mengendalikan propagasi ini dengan menerapkan tegangan listrik, menunjukkan kontrol cahaya yang dipandu dalam saluran yang lebih kecil dari satu nanometer.
“Hasil mengesankan yang dilaporkan dalam makalah ini merupakan bukti relevansi ilmu pengetahuan mutakhir karya andalan,” jelas Profesor Andrea C Ferrari, petugas sains dan teknologi di Graphene Unggulan. “Telah mencapai batas maksimal pembatasan cahaya dapat menghasilkan perangkat baru dengan dimensi kecil yang belum pernah terjadi sebelumnya.”
Perlu waktu yang cukup lama sebelum kita mulai melihat temuan penelitian ini benar-benar diterapkan pada barang-barang konsumen – sebagian karena mahalnya biaya produksi graphene dalam skala besar. Namun, penelitian ini tidak diragukan lagi telah membawa kita selangkah lebih dekat ke perangkat ultra-tipis dan ringan di masa depan.
[Gambar: ICFO]
