Materi Baru yang Transparan Membuka Jalan bagi Perangkat Elektronik dan Kuantum Canggih
Seperti teknologi baru dan kecerdasan buatan maju, tuntutan akan efisiensi dan kinerja tinggi semikonduktor terus meningkat.
Para peneliti di Universitas Minnesota telah mengembangkan material baru yang siap merevolusi generasi berikutnya dari elektronik berdaya tinggi, menjadikannya lebih cepat, lebih transparan, dan lebih efisien. Bahan rekayasa ini memungkinkan elektron bergerak dengan kecepatan lebih tinggi namun tetap transparan terhadap sinar tampak dan ultraviolet, melampaui rekor kinerja sebelumnya.
Penelitian yang dipublikasikan di Kemajuan Ilmu Pengetahuansebuah jurnal ilmiah yang ditinjau oleh rekan sejawat, menandai lompatan maju yang signifikan dalam desain semikonduktor, yang sangat penting bagi industri global bernilai triliunan dolar yang diperkirakan akan terus tumbuh seiring berkembangnya teknologi digital.
Semikonduktor memberi daya pada hampir semua perangkat elektronik, mulai dari ponsel pintar hingga perangkat medis. Kunci untuk memajukan teknologi ini terletak pada peningkatan apa yang oleh para ilmuwan disebut sebagai material “ultra-wide band gap”. Bahan-bahan ini dapat menghantarkan listrik secara efisien bahkan dalam kondisi ekstrim. Semikonduktor dengan celah pita ultra lebar memungkinkan kinerja tinggi pada suhu tinggi, menjadikannya penting untuk perangkat elektronik yang lebih tahan lama dan kuat.
Meningkatkan Transparansi dan Konduktivitas dalam Semikonduktor
Dalam makalah ini, para peneliti berupaya menciptakan kelas material baru dengan “celah pita” yang meningkat, sehingga meningkatkan transparansi dan konduktivitas. Pencapaian unik ini mendukung pengembangan perangkat yang lebih cepat dan efisien, membuka jalan bagi terobosan dalam bidang komputer, ponsel pintar, dan bahkan kemungkinan besar komputasi kuantum.
Material baru ini adalah oksida konduktif transparan, dibuat dengan struktur berlapis tipis khusus yang meningkatkan transparansi tanpa mengorbankan konduktivitas. Karena aplikasi teknologi dan kecerdasan buatan menuntut material yang lebih mumpuni, pengembangan inovatif ini menawarkan solusi yang menjanjikan.
“Terobosan ini merupakan terobosan dalam bahan-bahan penghantar yang transparan, memungkinkan kita mengatasi keterbatasan yang telah menghambat kinerja perangkat ultra-violet selama bertahun-tahun,” kata Bharat Jalan, Ketua Shell dan Profesor di Departemen Teknik Kimia dan Universitas Minnesota. Ilmu Material.
Pekerjaan ini tidak hanya menunjukkan kombinasi transparansi dan konduktivitas yang belum pernah terjadi sebelumnya dalam spektrum ultraviolet, namun juga membuka jalan bagi inovasi perangkat berdaya tinggi dan optoelektronik yang dapat beroperasi di lingkungan yang paling menuntut, jelas Jalan.
Validasi Teknis dan Penyempurnaan Struktur Material
Rekan penulis pertama studi ini, Fengdeng Liu dan Zhifei Yang, Ph.D. mahasiswa yang bekerja di laboratorium Jalan, mengatakan bahwa mereka membuktikan bahwa sifat-sifat material hampir terlalu sempurna untuk dipercaya untuk aplikasi elektronik ini. Mereka menjalankan berbagai eksperimen dan menghilangkan cacat pada material untuk meningkatkan kinerjanya.
“Melalui mikroskop elektron yang terperinci, kami melihat bahan ini bersih tanpa cacat yang jelas, mengungkapkan betapa kuatnya perovskit berbasis oksida sebagai semikonduktor jika cacat dikendalikan,” kata Andre Mkhoyan, penulis senior makalah tersebut dan Ray D. dan Mary T. Johnson Ketua dan Profesor di Departemen Teknik Kimia dan Ilmu Material Universitas Minnesota.
Referensi: “Konduksi SrSnO3 transparan ultraviolet dalam melalui desain heterostruktur” oleh Fengdeng Liu, Zhifei Yang, David Abramovitch, Silu Guo, K. Andre Mkhoyan, Marco Bernardi dan Bharat Jalan, 1 November 2024, Kemajuan Ilmu Pengetahuan.
DOI: 10.1126/sciadv.adq7892
Selain Jalan, Liu, Yang, dan Mkhoyan, tim tersebut juga menyertakan Silo Guo dari Departemen Teknik Kimia dan Ilmu Material Universitas Minnesota serta David Abramovitch dan Marco Bernardi dari Departemen Fisika Terapan dan Ilmu Material Institut Teknologi California.
Pekerjaan ini didanai oleh Kantor Penelitian Ilmiah Angkatan Udara (AFOSR), National Science Foundation, dan Pusat Sains dan Teknik Penelitian Material Universitas Minnesota (MRSEC). Pekerjaan ini diselesaikan bekerja sama dengan Fasilitas Karakterisasi Universitas Minnesota dan Minnesota Nano Center.
