Gelombang Terahertz Bertenaga Tremendous: Sebuah Terobosan dalam Materials Magnetik

Berada di antara gelombang mikro dan cahaya inframerah, gelombang terahertz merupakan kunci bagi kemajuan perintis dalam teknologi pencitraan dan diagnostik. Penemuan terbaru di Universitas Tohoku mengenai materials yang dapat memancarkan gelombang ini dengan lebih intens menjanjikan untuk mengkatalisasi terobosan signifikan di berbagai industri.

Gelombang Terahertz sedang dipelajari secara intensif oleh para peneliti di seluruh dunia yang berupaya memahami “celah terahertz”. Gelombang Terahertz memiliki frekuensi tertentu yang menempatkannya di antara gelombang mikro dan cahaya inframerah. Kisaran ini disebut sebagai “celah” karena masih banyak yang belum diketahui mengenai gelombang ini. Faktanya, baru-baru ini para peneliti mampu mengembangkan teknologi untuk menghasilkannya. Para peneliti di Universitas Tohoku telah membawa kita lebih dekat untuk memahami gelombang-gelombang ini dan mengisi kesenjangan pengetahuan ini.

Terobosan Generasi Gelombang Terahertz

Para peneliti di Superior Institute for Supplies Analysis (WPI-AIMR) dan Sekolah Pascasarjana Teknik telah menemukan materials magnetik baru yang menghasilkan gelombang terahertz pada intensitas sekitar empat kali lebih tinggi daripada materials magnetik biasa.

Dengan memanfaatkan fitur unik gelombang terahertz, teknologi ini diharapkan dapat digunakan dalam berbagai bidang industri, termasuk pencitraan, diagnostik medis, inspeksi keamanan, dan bioteknologi. Asisten Profesor Ruma Mandal (WPI-AIMR) menjelaskan, “Gelombang terahertz memiliki daya hantar rendah foton energi dan tidak seperti sinar-X, sinar-X tidak memancarkan radiasi pengion. Jadi, jika sinar-X digunakan untuk pencitraan pasien atau mikroskop, sinar-X mungkin tidak terlalu merusak jaringan atau sampel.”

(a) Magnet Weyl: diagram skema kristal paduan kobalt-mangan-gallium Heusler (Co2MnGa). (b) Gelombang terahertz yang diinduksi cahaya. Kredit: Shigemi Mizukami

Meningkatkan Emisi Terahertz Dengan Magnet Weyl

Dengan mempertimbangkan penerapan ini, tim peneliti di Universitas Tohoku bertujuan untuk mengembangkan pemancar gelombang terahertz yang efisien, kompak, kokoh, dan hemat biaya. Magnet Weyl – sejenis bahan topologi – telah terbukti menghasilkan efek Corridor anomali yang sangat besar sehingga cocok untuk menghasilkan gelombang terahertz. Dalam penelitian ini, sampel movie tipis kristal tunggal dari magnet Weyl yang terbuat dari kobalt-mangan-gallium Heusler paduan disiapkan dan dipelajari dalam berbagai kondisi.

(a) Gelombang terahertz yang diinduksi foto yang dihasilkan dari lapisan tipis magnet Weyl: paduan kobalt-mangan-gallium Heusler (Co2MnGa) yang diamati dalam penelitian ini. (b) Efek Corridor anomali yang diamati dalam sampel lapisan tipis yang sesuai. Kredit: Shigemi Mizukami

Masa Depan Penelitian Gelombang Terahertz

Ditemukan bahwa efek Corridor anomali raksasa yang berasal dari struktur elektronik topologi unik magnet Weyl meningkatkan gelombang terahertz yang diinduksi foto. Pencapaian ini akan memperdalam pemahaman kita tentang interaksi cahaya dan putaran pada magnet Weyl.

“Meskipun intensitas gelombang terahertz yang dihasilkan masih lebih rendah daripada pemancar terahertz spin-excitation yang dikembangkan hingga saat ini,” kata Profesor Shigemi Mizukami, “strukturnya lebih sederhana dan logam berat yang mahal seperti platinum tidak lagi diperlukan.”

Mandal dan rekannya mampu secara eksperimental menunjukkan kemampuan bahan magnetik ini dalam menghasilkan gelombang terahertz, sehingga dapat digunakan pada perangkat spintronik dan aplikasi penting lainnya. Penemuan di bidang baru ini dapat membentuk masa depan teknologi generasi mendatang.

Karya ini diterbitkan di Bahan NPG Asia pada tanggal 7 Juni 2024.

Referensi: “Emisi terahertz yang dipengaruhi secara topologi di Co₂ MnGa dengan efek Corridor anomali besar” oleh Ruma Mandal, Ren Momma, Kazuaki Ishibashi, Satoshi Iihama, Kazuya Suzuki dan Shigemi Mizukami, 7 Juni 2024, Bahan NPG Asia.
DOI: 10.1038/s41427-024-00545-9