Proses Baru Langkah Baru untuk Penciptaan Metamaterial yang Dirakit Sendiri

Saat mempelajari bahan film tipis yang disebut strontium stannate (SrSnO3), para peneliti di University of Minnesota mencatat formasi mengejutkan model catur skala nano mirip dengan struktur yang dibuat dalam proses multistep yang mahal. Hasilnya menunjukkan kemungkinan realistis untuk merancang struktur rakitan sendiri yang serupa dengan aplikasi luas dalam bahan untuk perangkat elektronik dan optik. Kredit: Jalan Group, Universitas Minnesota

Sebuah tim yang dipimpin oleh para peneliti dari Kota Kembar Universitas Minnesota telah menemukan proses satu langkah revolusioner untuk menciptakan bahan dengan sifat unik, yang disebut metamaterial. Hasil mereka menunjukkan kemungkinan realistis merancang struktur rakitan sendiri yang serupa dengan potensi untuk membuat struktur nano “custom-built” untuk aplikasi luas dalam perangkat elektronik dan optik.

Penelitian tersebut dipublikasikan dan disajikan pada sampul depan Huruf Nano, jurnal ilmiah peer-review yang diterbitkan oleh American Chemical Society.

Secara umum, metamaterial adalah bahan buatan laboratorium untuk memberikan sifat fisik, kimia, listrik, dan optik tertentu yang tidak mungkin ditemukan dalam bahan alami. Bahan-bahan ini dapat memiliki sifat unik yang membuatnya ideal untuk berbagai aplikasi mulai dari filter optik dan perangkat medis hingga kedap suara pesawat dan pemantauan infrastruktur. Biasanya bahan berskala nano ini diproduksi dengan hati-hati di lingkungan ruangan bersih khusus selama berhari-hari dan berminggu-minggu dalam proses pembuatan multi-langkah.

Dalam penelitian baru ini, tim dari University of Minnesota mempelajari bahan film tipis yang disebut strontium stannate atau SrSnO3. Selama penelitian mereka, mereka mencatat formasi mengejutkan dari model skala nano yang mirip dengan struktur metamaterial yang dibuat dalam proses multi-track.

“Awalnya kami mengira ini pasti kesalahan, tetapi segera kami menyadari bahwa tabel periodik adalah campuran dari dua fase dari bahan yang sama dengan struktur kristal yang berbeda,” kata Bharat Jalan, penulis senior studi dan ahli dalam sintesis material yang merupakan Ketua Shell di Departemen Teknik Kimia dan Ilmu Material di University of Minnesota. “Setelah berkonsultasi dengan rekan-rekan di Universitas Minnesota, Universitas Georgia, dan Universitas Kota New York, kami menyadari bahwa kami mungkin telah menemukan sesuatu yang sangat istimewa yang mungkin mengarah pada beberapa aplikasi unik.”

Materi itu secara spontan diatur menjadi struktur yang teratur karena berubah dari satu fase ke fase lainnya. Selama apa yang disebut proses “transisi fase struktural orde pertama”, material dipindahkan ke fase campuran di mana beberapa bagian sistem telah melakukan transisi dan yang lainnya belum.

“Skema skala nano periodik ini adalah konsekuensi langsung dari transisi fase struktural orde pertama dalam material ini,” kata Richard James, profesor bidang kedirgantaraan dan teknik mesin di University of Minnesota, salah satu penulis studi dan Profesor dari Universitas Terkenal McKnight. “Untuk pertama kalinya, pekerjaan kami memungkinkan banyak kemungkinan untuk menggunakan transformasi fase struktural yang dapat dibalik dengan sistem nanoelektronik dan fotonik.”

Faktanya, tim tersebut mendemonstrasikan proses untuk struktur nano merdu pertama yang dirakit sendiri untuk membuat metamaterial dalam satu langkah. Peneliti telah mampu menyetel kemampuan menyimpan sifat muatan listrik dalam satu film menggunakan suhu dan panjang gelombang laser. Mereka secara efektif menciptakan material kristal fotonik variabel dengan efisiensi 99 persen.

Dengan menggunakan mikroskop elektron beresolusi tinggi, para peneliti mengkonfirmasi struktur unik material tersebut.

“Kami mengamati bahwa batas-batas antara fase kristalografi ini secara drastis ditentukan pada skala atom, yang luar biasa untuk proses rakitan sendiri,” kata Profesor Andre Mkhoyan, penulis bersama studi tersebut, seorang ahli dalam mikroskop elektron canggih, dan Ketua Ray D. dan Mary T. Johnson / Mayon Plastics di Departemen Teknik Kimia dan Ilmu Material di University of Minnesota.

Para peneliti sekarang mencari aplikasi masa depan untuk penemuan mereka dalam perangkat optik dan elektronik.

“Saat kami memulai penelitian ini, kami tidak pernah memikirkan aplikasi ini. Kami berpedoman pada studi fundamental fisika material,” kata Jalan. “Sekarang, tiba-tiba, sepertinya kami membuka bidang penelitian yang sama sekali baru, yang didorong oleh kemungkinan banyak aplikasi baru dan menarik.”

Referensi: “Struktur Periodik Rakitan Sendiri Menggunakan Transformasi Fase Martensitik” oleh Abhinav Prakash, Tianqi Wang, Ashley Bucsek, Tristan K. Truttmann, Alireza Fali, Michele Cotrufo, Hwanhui Yun, Jong-Woo Kim, Philip J. Ryan, K. Andre Mkhoyan , Andrea Alù, Yohannes Abate, Richard D.James and Bharat Jalan, 2 Desember 2020, Huruf Nano.
DOI: 10.1021 / acs.nanolett.0c03708

Selain Jalan, tim termasuk peneliti Universitas Minnesota Abhinav Prakash, Ashley Bucsek, Tianqi Wang, Tristan K. Truttmann, Hwanhui Yun, K. Andre Mkhoyan dan Richard James; Peneliti Universitas Georgia Alireza Fali dan Yohannes Abate; Peneliti Michele Cotrufo dan Andrea Alù dari Universitas Kota New York; dan peneliti Laboratorium Nasional Argonne, Jong-Woo Kim dan Philip J. Ryan.

Penelitian ini terutama didanai oleh National Science Foundation (NSF), dan oleh Office of Air Force Scientific Research (AFOSR) dengan dukungan tambahan dari University of Minnesota Institute on the Environment, Program Ketua Centennial Norwegia, dan dua Beasiswa Fakultas Vannevar Bush. Pekerjaan di Universitas Minnesota yang melibatkan karakterisasi film tipis telah didukung oleh Departemen Energi AS. Sebagian dari penelitian dilakukan di Minnesota Nano Center and Characterization Facility of the University of Minnesota, sebagian didanai oleh National Science Foundation. Pekerjaan tambahan telah diselesaikan pada Sumber Lanjutan Foton, Kantor Sains Pengguna yang dikelola oleh Kantor Ilmu Pengetahuan Departemen Energi dari Laboratorium Nasional Argonne.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Diet junk food dapat meningkatkan risiko mengemudi berbahaya di antara pengemudi truk

Diet tidak sehat yang terkait dengan kelelahan yang lebih besar: Faktor kunci dalam peningkatan risiko kecelakaan, kata para peneliti. Pola makan yang tidak sehat dapat...

Fotosintesis buatan menjanjikan sumber energi yang bersih dan berkelanjutan

Manusia dapat melakukan banyak hal yang tidak dapat dilakukan oleh tumbuhan. Kita bisa berjalan, berbicara, mendengarkan, melihat dan menyentuh. Tetapi tanaman memiliki...

Es laut di pantai Arktik menipis secepat yang saya kira

Es Arktik yang menurun bisa dibilang salah satu korban terbesar perubahan iklim, dan dampaknya sangat luas, dari keadaan beruang kutub yang ikonik dan satwa...

Dinosaurus terbesar di Australia – “Titan Selatan” – baru saja memasuki buku rekor!

Kolaborasi Australia, "Titan Cooper Selatan." Penulis: Vlad Konstantinov, Scott Hoknul © Museum Sejarah Alam Eromanga Apa lapangan basket yang lebih tinggi dari b-double, dan...

Maju dengan roket SLS Moon raksasa, pertemuan dekat dengan Ganymede dan gerhana cincin api

Inti roket Space Launch System (SLS) seberat 188.000 pon telah naik ke peluncur bergerak, di antara dua pendorong roket padat. Kredit: NASA Bergerak maju...

Newsletter

Subscribe to stay updated.