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.
Inovasi Material Multiferroik untuk Komputasi Generasi Berikutnya
Tim peneliti Brown University memperkenalkan hasil penelitian mengenai film multiferroik yang dapat mempertahankan sifat fungsionalnya. Hasil pengembangan ini dipublikasikan dalam jurnal Nature Materials pada 28 Oktober 2026. Material utama yang digunakan adalah bismuth ferrite atau BiFeO3 yang dikenal sebagai material multiferroik dengan dua sifat fisis penting. Kombinasi tersebut memberikan peluang bagi pengembangan perangkat elektronik. 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 keberhasilan mempertahankan fungsi material tanpa dead layer. Pada pengembangan film multiferroik konvensional, pengurangan ketebalan berpotensi membuat lapisan kehilangan fungsi utamanya. Hambatan fisika tersebut menyulitkan penerapan multiferroik dalam rangkaian elektronik. Berkat hasil eksperimen Brown University, peneliti membuka peluang pengembangan struktur lebih tipis. Meski menunjukkan kemajuan besar, penelitian tersebut belum membuktikan penghematan energi pada prosesor AI siap pakai.
Teknologi Multiferroik Menggabungkan Pengendalian Listrik serta Magnet
Material multiferroik merupakan material dengan beberapa sifat fisis yang dapat saling berinteraksi. Pada bismuth ferrite, sifat ferroelektrik mendukung pengaturan arah polarisasi menggunakan medan listrik. Dalam gambaran dasar, polarisasi tersebut menggambarkan orientasi listrik pada sel penyusun material. Apabila diberikan sinyal listrik tertentu, arah polarisasi berpotensi dibalik. Keadaan tersebut berpotensi digunakan untuk merepresentasikan informasi digital. Melalui sifat ferroelektriknya, material menarik untuk penelitian memori hemat energi.
Keistimewaan multiferroik tidak berhenti pada kemampuan polarisasi listrik. Pada material tertentu, keadaan listrik dan magnetik menunjukkan hubungan yang memungkinkan pengendalian satu sifat melalui sifat lainnya. Artinya, perubahan polarisasi listrik berpotensi memengaruhi keadaan magnetik. Hubungan antara listrik dan magnet tersebut berpotensi mendukung komponen elektronik berdaya rendah. Dibandingkan dengan mekanisme tertentu yang mengandalkan arus listrik, pengendalian melalui medan listrik berpotensi membutuhkan energi lebih rendah. Meski secara teori menjanjikan, efisiensi nyata bergantung pada rancangan perangkat secara menyeluruh.
Fenomena Dead Layer Menjadi Tantangan Pengembangan Chip Multiferroik
Tantangan penting ketika membuat material ultratipis adalah fenomena dead layer yang dapat menghilangkan karakteristik yang diperlukan untuk perangkat elektronik. Apabila jumlah lapisan atom terus berkurang, kondisi struktur berpotensi mengalami perubahan susunan atom. Gangguan pada struktur kristal ini berisiko menurunkan karakteristik multiferroik. Selain itu, medan listrik internal dapat melawan polarisasi yang diinginkan. Kondisi ini membatasi penggunaan material dalam ukuran kecil. Oleh sebab itu, mengatasi dead layer diperlukan untuk mengembangkan chip berbasis multiferroik.
Kelompok ilmuwan yang melakukan penelitian mengembangkan pendekatan untuk menangani gangguan struktur dan listrik. Pertama, mereka mengendalikan kondisi pertumbuhan lapisan. Pada pengaturan medan listrik, peneliti menggunakan kondisi batas elektrostatis yang sesuai. Perpaduan pendekatan struktural dan elektrostatis memungkinkan lapisan sangat tipis tetap berfungsi. Berkat pendekatan yang terkoordinasi, tim mengamati fungsi material pada ukuran mendekati beberapa sel satuan. Hasil eksperimen tersebut membuka peluang untuk rancangan perangkat lebih kecil.
Rekayasa Bismuth Ferrite Menghasilkan Lapisan Ultratis yang Stabil
Pada proses pembuatan material, peneliti mengembangkan kristal bismuth ferrite menggunakan landasan tertentu. Lapisan dasar dalam eksperimen adalah dysprosium scandate yang memiliki struktur kristal berbeda dari bismuth ferrite. Ketidakcocokan ukuran kisi ini menghasilkan regangan tekan pada lapisan bismuth ferrite. Pengaruh mekanis pada susunan atom berperan menjaga karakteristik material pada ketebalan rendah. Dengan memanfaatkan kondisi pertumbuhan ini, peneliti mampu memengaruhi susunan atom dalam lapisan. Metode rekayasa kristal tersebut menjadi contoh pemanfaatan struktur kristal untuk fungsi elektronik.
Sebagai pelengkap pengendalian struktur, para peneliti menggunakan komponen logam untuk pengaturan elektrostatis. Elemen logam dalam susunan material mendukung pengelolaan muatan yang dapat menyebabkan depolarisasi. Ketika pengaruh depolarisasi terlalu kuat, polarisasi listrik berpotensi menjadi sulit dipertahankan. Dengan memadukan regangan epitaksial serta pengaturan medan listrik, penelitian menunjukkan kestabilan listrik serta magnetik. Melalui karakterisasi material, sifat multiferroik bertahan dalam lapisan dengan jumlah unit kristal terbatas. Namun demikian, proses fabrikasi tersebut belum otomatis sesuai dengan seluruh jalur manufaktur chip.
Sifat Altermagnetik Membuka Peluang Baru bagi Komponen Elektronik
Selain mengatasi dead layer, penelitian mengungkap karakter magnetik yang menarik. Sifat altermagnetik dikenal sebagai bentuk keteraturan magnetik yang berbeda dari feromagnetisme biasa. Dalam material feromagnetik konvensional, momen magnet dapat menghasilkan magnetisasi total. Sebaliknya, antiferomagnet memiliki orientasi magnetik berlawanan yang dapat saling meniadakan. Altermagnet memiliki simetri elektronik yang khas. Konfigurasi spin tersebut berpotensi mendukung komponen logika berbasis magnet.
Kelompok ilmuwan yang mengembangkan film bismuth ferrite menemukan tanda altermagnetisme pada lapisan sangat tipis pada susunan atom yang distabilkan melalui rekayasa. Pada ketebalan empat sel satuan, eksperimen menghasilkan sinyal yang berkaitan dengan fase altermagnet. Hasil karakterisasi ini melibatkan teknik analisis struktur serta sifat elektronik. Sebagai temuan ilmiah tambahan, peneliti melaporkan tekstur topologis dalam material. Temuan tersebut menunjukkan bahwa miniaturisasi dapat menghasilkan sifat baru. Namun demikian, penerapan altermagnetisme dalam chip AI belum mencapai tahap penggunaan komersial.
Material Multiferroik Berpotensi Mendukung Chip AI Hemat Energi
Peningkatan kebutuhan pemrosesan model AI meningkatkan perhatian terhadap konsumsi listrik pusat data. Ketika sistem komputasi menjalankan beban kerja besar, perpindahan data dapat menjadi salah satu sumber konsumsi daya. Teknologi yang menggabungkan polarisasi listrik dan magnetik dapat menjadi dasar pengembangan memori lebih efisien. Sifat nonvolatil yang memungkinkan informasi bertahan menjadi aspek yang menarik untuk penelitian. Walaupun potensi penghematan cukup menarik, tingkat efisiensi chip AI belum dapat dipastikan dari penelitian material saja.
Untuk menghadirkan perangkat komersial, para ilmuwan perlu mengatasi berbagai tantangan teknis. Aspek penting dalam proses berikutnya adalah kemampuan menghasilkan lapisan seragam pada wafer. Di samping persoalan produksi, peneliti harus mengukur energi yang dibutuhkan dalam operasi nyata. Kemampuan bekerja bersama komponen semikonduktor lain juga perlu diperiksa. Sebelum kemampuan sistem dibuktikan, klaim efisiensi energi tidak dapat diterjemahkan langsung menjadi performa chip komersial. Berkat proses validasi yang konsisten, material ini berpeluang mendukung teknologi komputasi masa depan.
Berdasarkan pencapaian ilmiah yang diumumkan, pengembangan material multiferroik super tipis oleh Brown University memperlihatkan terobosan pada rekayasa lapisan ultratipis. Kemampuan mempertahankan sifat ferroelektrik dan magnetik memberikan dasar bagi pengembangan perangkat berukuran kecil. Karakteristik magnetik tambahan yang teramati juga memberikan nilai ilmiah tambahan. Walaupun hasilnya menjanjikan, penerapan pada chip AI hemat energi masih membutuhkan pengujian lanjutan. Inovasi material elektronik tersebut memberikan harapan bagi perangkat keras masa depan. Menurut Anda, apakah penelitian lapisan atomik akan mengubah desain chip masa depan? Ceritakan pemikiran Anda mengenai inovasi teknologi semikonduktor generasi berikutnya.
