Metode Pengukuran Gaya Atom dengan Ultrasonik Nano

  • Whatsapp


BERITASATU, Nottingham: Para peneliti mengembangkan metode baru untuk mengukur gaya dan ikatan atom pada skala nano yang mengungkapkan bahwa kecepatan suara bergantung pada struktur yang dilaluinya.

Para ilmuwan dari Universitas Nottingham dan Universitas Loughborough menggunakan metode pengukuran yang disebut ultrasonik picosecond, mirip dengan ultrasonik yang digunakan dalam dunia kedokteran, untuk mengukur kekuatan ikatan atom di dalam material. Penelitian mereka telah dipublikasikan di Advanced Functional Materials.

Gaya adalah dasar untuk segala sesuatu dalam kehidupan sehari-hari. Dari yang berskala besar seperti gaya gravitasi yang menggarisbawahi operasi seluruh alam semesta, hingga yang berskala kecil seperti interaksi elektron-elektron yang bisa membuat rambut terangkat. Gaya sangat sulit diukur terutama ketika gaya terlalu besar atau terlalu kecil, hal ini terutama terjadi ketika kita memasuki dunia nano, misalnya dalam bahan dua dimensi van der Waals (2D-vdW) di mana benda memiliki skala panjang dalam kisaran 10-9 meter.

Bahan-bahan ini disebut bahan 2D karena sifat geometris, fisik, dan kimianya dibatasi dalam dua dimensi dalam bahan berlembaran tipis. Di dalam lembaran, atom-atom terikat erat satu sama lain melalui ikatan kovalen atau ion yang kuat, sedangkan lapisan-lapisan itu sendiri disatukan oleh gaya van der Waals yang lemah. Sifat dan koeksistensi yang sama sekali berbeda dari gaya-gaya yang sangat berbeda ini memungkinkan para ilmuwan untuk “mengupas” bahan dari kristal besar yang ditambang hingga lapisan atom tunggal yang sempurna dan menemukan fenomena menakjubkan termasuk superkonduktivitas suhu kamar. 

Ketika kita menggambar di selembar kertas menggunakan pensil misalnya, sebenarnya adalah suatu eksperimen ilmiah dalam membuat lapisan atom tunggal dari atom karbon (graphene), sesuatu yang telah kita lakukan selama berabad-abad tanpa disadari. Meskipun penyelidikan intensif bahan vdW oleh banyak kelompok penelitian di seluruh dunia, hampir tidak ada teknik eksperimental untuk mengukur kekuatan ikatan atom dan gaya vdW tanpa merusak bahan.

Mengutip dari Alpha Galileo, Jumat (17/9/2021), Wenjing Yan merupakan salah satu peneliti utama Sekolah Fisika dan Astronomi di Universitas Nottingham. Dia menjelaskan, “Kami menggunakan ultrasonik picosecond untuk mengukur ikatan kovalen gaya vdW yang kuat dan yang lemah tanpa merusak material. Tekniknya mirip dengan ultrasound medis tetapi dengan frekuensi yang jauh lebih tinggi (terahertz) dan karenanya non-invasif. Studi menyinari 120 femtosecond (0,00000000000012 detik) “pompa” pulsa laser pada serpihan bahan 2D, menghasilkan fonon yang merupakan gelombang suara terkuantisasi. Saat fonon bergerak melalui materi, mereka merasakan dan berinteraksi dengan atom dan ikatan di dalam materi. Sifat-sifat fonon ini, yang mencerminkan kekuatan ikatan atom, kemudian diukur dengan pulsa laser “penyelidik” kedua. Kami menemukan bahwa suara bergerak dengan kecepatan yang sangat berbeda dalam fase (struktur) yang berbeda dari zat yang sama.”

Alexander Balanov dan Mark Greenaway dari Loughborough University memperluas, “Saat berjalan melalui bahan vdW, gelombang akustik ultrasonik tidak menghancurkan kristal, hanya sedikit merusaknya, yang berarti strukturnya dapat dianggap sebagai sistem “pegas”. Dengan mengetahui kecepatan suara dari pengukuran dan bagaimana pegas ini merespon deformasi, kita dapat mengekstrak kekuatan relatif dari gaya kovalen BERITASATU.MY.ID atom dan gaya vdW BERITASATU.MY.ID lapisan. Jika kita menerapkan apa yang disebut teori fungsi densitas dengan bantuan komputer berkinerja tinggi, kita dapat memperkirakan secara numerik gaya-gaya ini pada konfigurasi susunan yang berbeda dan menyarankan bagaimana menyesuaikan sifat elastis, listrik, dan bahkan kimia dari berbagai polimorf bahan vdW.”

Pos terkait

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *