Para peneliti Brown University, Amerika Serikat, mengembangkan pendekatan baru untuk menghasilkan material multiferroik super tipis yang tetap mempertahankan sifat listrik dan magnetiknya. Penelitian yang dipublikasikan dalam jurnal Nature Materials pada 28 Oktober 2026 ini membuka peluang pengembangan chip kecerdasan buatan dengan konsumsi energi lebih rendah. Material yang digunakan adalah bismuth ferrite, senyawa yang selama ini menghadapi tantangan ketika dibuat menjadi lapisan sangat tipis. Melalui rekayasa struktur kristal dan pengaturan medan listrik, peneliti berhasil mengatasi fenomena dead layer yang sebelumnya membatasi pengembangannya. Temuan ini menjadi perkembangan menarik dalam dunia TEKNOLOGI semikonduktor dan komputasi masa depan.
Terobosan Bismuth Ferrite Membuka Peluang Chip AI Hemat Energi
Para ilmuwan dari Brown University berhasil mengembangkan material multiferroik berukuran sangat tipis. Hasil pengembangan ini dilaporkan melalui publikasi Nature Materials pada 28 Oktober 2026. Bahan yang menjadi fokus penelitian adalah bismuth ferrite atau BiFeO3 yang menggabungkan karakteristik polarisasi listrik serta keteraturan magnetik. Kombinasi tersebut menjadi dasar penelitian komponen komputasi baru. Melalui pengendalian struktur material, peneliti membuktikan bahwa karakteristik listrik dan magnetik dapat tetap bertahan.
Penelitian ini dipimpin oleh Lucas Caretta, seorang akademisi bidang rekayasa material di Brown University. Temuan yang paling menarik dari penelitian ini adalah kemampuan mengatasi fenomena dead layer. Pada pengembangan film multiferroik konvensional, pengurangan ketebalan sering menghilangkan sifat yang dibutuhkan. Hambatan fisika tersebut menyulitkan penerapan multiferroik dalam rangkaian elektronik. Berkat hasil eksperimen Brown University, peneliti membuka peluang pengembangan struktur lebih tipis. Walaupun hasilnya menjanjikan, penelitian tersebut masih berada pada tahap pengembangan material.
Sifat Ferroelektrik dan Magnetik Menjadi Kunci Chip Hemat Energi
Multiferroik dikenal sebagai kelompok bahan yang memiliki lebih dari satu keteraturan ferroik. Untuk senyawa yang digunakan peneliti, sifat ferroelektrik memungkinkan keberadaan polarisasi listrik yang dapat dibalik. Dalam gambaran dasar, polarisasi tersebut menggambarkan orientasi listrik pada sel penyusun material. Ketika tegangan diterapkan, arah polarisasi berpotensi dibalik. Keadaan tersebut memungkinkan pengembangan komponen memori nonvolatil. Berkat kemampuan mempertahankan polarisasi, material menarik untuk penelitian memori hemat energi.
Keunggulan potensial senyawa multiferroik juga berkaitan dengan karakteristik magnetik. Ketika hubungan magnetoelektrik tersedia, keadaan listrik dan magnetik dapat saling memengaruhi. Dalam penerapan yang memungkinkan, perubahan polarisasi listrik membuka peluang pengaturan sifat magnet menggunakan tegangan. Hubungan antara listrik dan magnet tersebut menarik bagi pengembangan memori dan logika. Dibandingkan dengan mekanisme tertentu yang mengandalkan arus listrik, pengendalian melalui medan listrik berpotensi membutuhkan energi lebih rendah. Meski secara teori menjanjikan, efisiensi nyata tidak dapat ditentukan hanya dari sifat material.
Mengapa Material Multiferroik Kehilangan Sifatnya Saat Menipis
Salah satu hambatan terbesar adalah fenomena dead layer yang menyebabkan penurunan sifat fungsional. Saat film kristal dibuat semakin tipis, kondisi struktur menjadi semakin sensitif terhadap lingkungan antarmuka. Gangguan pada struktur kristal ini mungkin melemahkan keteraturan magnetik. Selain itu, medan listrik internal berpotensi melemahkan keteraturan listrik. Kondisi ini membatasi penggunaan material dalam ukuran kecil. Dengan mempertimbangkan persoalan tersebut, mengatasi dead layer diperlukan untuk mengembangkan chip berbasis multiferroik.
Peneliti Brown University berusaha mengatasi dua persoalan sekaligus. Pertama, mereka mengendalikan kondisi pertumbuhan lapisan. Kedua, peneliti menggunakan kondisi batas elektrostatis yang sesuai. Perpaduan pendekatan struktural dan elektrostatis memungkinkan lapisan sangat tipis tetap berfungsi. Melalui metode tersebut, tim menunjukkan kondisi tanpa dead layer. Hasil eksperimen tersebut memberikan dasar penting bagi penelitian berikutnya.
Substrat Dysprosium Scandate Membantu Mempertahankan Sifat Material
Melalui metode fabrikasi yang dikembangkan, peneliti membentuk film BiFeO3 di atas material penopang. Material penopang yang digunakan adalah dysprosium scandate yang menawarkan ukuran kisi kristal yang tidak identik. Karakteristik struktur yang berlainan menghasilkan regangan tekan pada lapisan bismuth ferrite. Regangan tersebut mendukung kestabilan konfigurasi kristal. Melalui pengaturan tersebut, peneliti mampu memengaruhi susunan atom dalam lapisan. Metode rekayasa kristal tersebut menjadi contoh pemanfaatan struktur kristal untuk fungsi elektronik.
Selain menggunakan substrat khusus, para peneliti menambahkan lapisan logam kedua. Elemen logam dalam susunan material membantu menstabilkan keadaan ferroelektrik. Tanpa kondisi batas yang sesuai, polarisasi listrik berpotensi menjadi sulit dipertahankan. Dengan memadukan regangan epitaksial serta pengaturan medan listrik, penelitian berhasil mempertahankan sifat penting pada material ultratipis. Berdasarkan hasil pengamatan ilmiah, sifat multiferroik dapat dipertahankan hingga skala yang sangat kecil. Walaupun lapisan berhasil dibuat sangat tipis, proses fabrikasi tersebut membutuhkan evaluasi integrasi dengan industri semikonduktor.
Sifat Altermagnetik Membuka Peluang Baru bagi Komponen Elektronik
Selain mengatasi dead layer, penelitian memperlihatkan munculnya sifat altermagnetik. Sifat altermagnetik dikenal sebagai kategori magnetik dengan karakteristik gabungan tertentu. Untuk sistem magnetik dengan magnetisasi searah, orientasi magnetik menciptakan sinyal magnet yang relatif kuat. Sebaliknya, antiferomagnet memiliki susunan momen yang saling mengimbangi. Sistem altermagnetisme memiliki simetri elektronik yang khas. Karakteristik tersebut menarik untuk penelitian perangkat spintronik.
Tim Brown University menemukan tanda altermagnetisme pada lapisan sangat tipis pada susunan atom yang distabilkan melalui rekayasa. Pada ketebalan empat sel satuan, eksperimen menunjukkan kondisi yang mendukung keteraturan altermagnetik. Bukti eksperimental tersebut diperkuat melalui beberapa pendekatan pengukuran material. Sebagai temuan ilmiah tambahan, peneliti mengamati struktur topologi multiferroik. Karakteristik yang muncul ini memperlihatkan perubahan menarik ketika ketebalan berkurang. Namun demikian, penerapan altermagnetisme dalam chip AI memerlukan pembuktian kinerja dalam rangkaian elektronik sebenarnya.
Masa Depan Memori Nonvolatil melalui Teknologi Multiferroik
Perkembangan kecerdasan buatan meningkatkan perhatian terhadap konsumsi listrik pusat data. Pada perangkat pemrosesan digital modern, perpindahan data dapat menjadi salah satu sumber konsumsi daya. Komponen berbasis sifat magnetoelektrik dapat menjadi dasar pengembangan memori lebih efisien. Sifat nonvolatil yang memungkinkan informasi bertahan menjadi aspek yang menarik untuk penelitian. Namun demikian, tingkat efisiensi chip AI membutuhkan pengujian menyeluruh terhadap arsitektur dan beban kerja.
Dalam mengembangkan chip berbasis multiferroik, para ilmuwan harus menyelesaikan beberapa persoalan rekayasa. Hambatan utama yang perlu diperhatikan adalah konsistensi fabrikasi dalam jumlah besar. Selain itu, peneliti perlu mengevaluasi kecepatan pengalihan keadaan. Karakteristik ketahanan terhadap siklus penggunaan harus dipertimbangkan secara menyeluruh. Apabila pengujian perangkat belum dilakukan, klaim efisiensi energi belum bisa dibandingkan secara adil dengan prosesor yang tersedia. Dengan penelitian lanjutan, material ini berpotensi memperluas pilihan perangkat keras untuk AI.
Secara keseluruhan, pengembangan material multiferroik super tipis oleh Brown University membuka arah baru bagi penelitian komponen elektronik. Keberhasilan mengatasi fenomena dead layer memberikan dasar bagi pengembangan perangkat berukuran kecil. Indikasi munculnya fase altermagnetik juga memperluas potensi penelitian. Walaupun hasilnya menjanjikan, penerapan pada chip AI hemat energi belum dapat dianggap sebagai produk siap pakai. Inovasi material elektronik tersebut berpotensi membantu pengembangan komputasi yang lebih efisien. Bagaimana pendapat Anda, apakah penelitian lapisan atomik akan mengubah desain chip masa depan? Sampaikan pandangan Anda mengenai masa depan material multiferroik.
