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.
Peneliti Brown University Mengembangkan Material Multiferroik Super Tipis
Tim peneliti Brown University memperkenalkan hasil penelitian mengenai material multiferroik berukuran sangat tipis. Penelitian tersebut dilaporkan melalui publikasi Nature Materials pada 28 Oktober 2026. Bahan yang menjadi fokus penelitian adalah bismuth ferrite atau BiFeO3 yang memiliki sifat ferroelektrik dan magnetik. Hubungan antara sifat listrik dan magnetik tersebut memberikan peluang bagi pengembangan perangkat elektronik. Berkat pengaturan lapisan secara khusus, peneliti membuktikan bahwa karakteristik listrik dan magnetik dapat tetap bertahan.
Lucas Caretta menjadi salah satu peneliti utama dalam studi ini, seorang akademisi bidang rekayasa material di Brown University. Temuan yang paling menarik dari penelitian ini adalah kemampuan mengatasi fenomena dead layer. Dalam penelitian material sebelumnya, pengurangan ketebalan dapat menyebabkan penurunan kemampuan listrik dan magnetik. Hambatan fisika tersebut membatasi pengembangan komponen semikonduktor. Berkat hasil eksperimen Brown University, peneliti menunjukkan jalur baru menuju material yang sesuai untuk perangkat elektronik. 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. 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 bisa dialihkan ke keadaan berbeda. Orientasi polarisasi ini memungkinkan pengembangan komponen memori nonvolatil. Dengan karakteristik demikian, material menawarkan pendekatan alternatif terhadap teknologi penyimpanan elektronik.
Karakteristik menarik material ini bukan hanya berasal dari sifat ferroelektrik. 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. Mekanisme pengendalian ini menawarkan alternatif dalam rancangan sirkuit masa depan. Dibandingkan dengan mekanisme tertentu yang mengandalkan arus listrik, pengendalian melalui medan listrik berpotensi membutuhkan energi lebih rendah. Namun demikian, efisiensi nyata harus dibuktikan melalui pengujian komponen.
Hambatan Fisika pada Lapisan Multiferroik Berukuran Atom
Persoalan utama dalam pengembangan multiferroik adalah fenomena dead layer yang dapat menghilangkan karakteristik yang diperlukan untuk perangkat elektronik. Saat film kristal dibuat semakin tipis, kondisi struktur dapat berubah secara signifikan. Perubahan tersebut berisiko menurunkan karakteristik multiferroik. Selain itu, medan listrik internal dapat melawan polarisasi yang diinginkan. Kondisi ini menjadi penghambat miniaturisasi komponen. Dengan mempertimbangkan persoalan tersebut, mengatasi dead layer merupakan tujuan utama dalam rekayasa material elektronik.
Peneliti Brown University berusaha mengatasi dua persoalan sekaligus. Pada sisi struktur material, mereka menerapkan rekayasa regangan pada film. Sebagai perlindungan terhadap depolarisasi, peneliti memanfaatkan struktur logam guna menstabilkan polarisasi. Integrasi pengendalian kristal serta medan listrik mendukung kestabilan material pada ketebalan rendah. Melalui metode tersebut, tim berhasil mempertahankan keteraturan listrik dan magnetik. Hasil eksperimen tersebut membuka peluang untuk rancangan perangkat lebih kecil.
Substrat Dysprosium Scandate Membantu Mempertahankan Sifat Material
Pada proses pembuatan material, peneliti mengembangkan kristal bismuth ferrite menggunakan landasan tertentu. Lapisan dasar dalam eksperimen adalah dysprosium scandate yang mempunyai parameter kisi lebih kecil dibandingkan film yang ditumbuhkan. Perbedaan tersebut memberikan tekanan struktural pada kristal yang terbentuk. Efek strain engineering ini membantu mempertahankan struktur yang diperlukan. Dengan memanfaatkan kondisi pertumbuhan ini, peneliti berhasil menstabilkan fase material tertentu. Strategi strain engineering tersebut memperlihatkan peran lingkungan pertumbuhan material.
Selain menggunakan substrat khusus, para peneliti menggunakan komponen logam untuk pengaturan elektrostatis. Elemen logam dalam susunan material berfungsi membantu mengatasi medan listrik yang mengganggu polarisasi. Ketika pengaruh depolarisasi terlalu kuat, polarisasi listrik berpotensi menjadi sulit dipertahankan. Melalui kombinasi substrat dan lapisan logam, penelitian berhasil mempertahankan sifat penting pada material ultratipis. Dalam penelitian tersebut, sifat multiferroik tetap teramati pada ketebalan beberapa sel satuan. Walaupun lapisan berhasil dibuat sangat tipis, proses fabrikasi tersebut masih perlu dikaji untuk produksi massal.
Potensi Altermagnetisme untuk Memori dan Logika Hemat Daya
Selain mengatasi dead layer, penelitian menemukan indikasi keteraturan magnetik altermagnet. Sifat altermagnetik dikenal sebagai kategori magnetik dengan karakteristik gabungan tertentu. Untuk sistem magnetik dengan magnetisasi searah, keadaan spin menghasilkan magnetisasi bersih. Sementara itu, antiferomagnet memiliki susunan momen yang saling mengimbangi. Sistem altermagnetisme menawarkan pendekatan alternatif untuk pengelolaan spin. Karakteristik tersebut membuka peluang penggunaan pada memori masa depan.
Tim Brown University mengidentifikasi indikasi keteraturan altermagnetik pada struktur monoklinik yang terbentuk. Dalam lapisan dengan empat unit sel kristal, eksperimen menunjukkan kondisi yang mendukung keteraturan altermagnetik. Bukti eksperimental tersebut melibatkan teknik analisis struktur serta sifat elektronik. Selain itu, peneliti mengidentifikasi pola fisis yang berkaitan dengan sifat multiferroik. Temuan tersebut membuka arah penelitian mengenai hubungan struktur dan magnetisme. Walaupun potensinya besar, penerapan altermagnetisme dalam chip AI memerlukan pembuktian kinerja dalam rangkaian elektronik sebenarnya.
Masa Depan Memori Nonvolatil melalui Teknologi Multiferroik
Perkembangan kecerdasan buatan membuat pengembangan chip hemat energi semakin penting. Ketika sistem komputasi menjalankan beban kerja besar, perpindahan data antara memori dan prosesor membutuhkan energi. Material multiferroik menawarkan peluang integrasi penyimpanan dan fungsi logika. Karakteristik penyimpanan keadaan setelah tegangan dihentikan menjadi aspek yang menarik untuk penelitian. Walaupun potensi penghematan cukup menarik, tingkat efisiensi chip AI masih harus diukur pada prototipe perangkat.
Dalam mengembangkan chip berbasis multiferroik, para ilmuwan perlu mengatasi berbagai tantangan teknis. Aspek penting dalam proses berikutnya adalah pengendalian kualitas material selama proses manufaktur. Di samping persoalan produksi, peneliti perlu mengevaluasi kecepatan pengalihan keadaan. Faktor seperti stabilitas temperatur harus dipertimbangkan secara menyeluruh. Sebelum kemampuan sistem dibuktikan, klaim efisiensi energi tidak dapat diterjemahkan langsung menjadi performa chip komersial. Dengan penelitian lanjutan, material ini berpotensi memperluas pilihan perangkat keras untuk AI.
Secara keseluruhan, pengembangan material multiferroik super tipis oleh Brown University menjadi langkah penting dalam ilmu material. Kemampuan mempertahankan sifat ferroelektrik dan magnetik memberikan dasar bagi pengembangan perangkat berukuran kecil. Temuan altermagnetisme juga memperluas potensi penelitian. Walaupun hasilnya menjanjikan, penerapan pada chip AI hemat energi masih membutuhkan pengujian lanjutan. Kemajuan rekayasa semikonduktor tersebut menunjukkan pentingnya penelitian fundamental bagi industri. Bagaimana pendapat Anda, apakah teknologi magnetoelektrik berpotensi menjadi alternatif penting bagi semikonduktor modern? Bagikan pendapat Anda mengenai masa depan material multiferroik.
