EraAIdailyNews, 22 September 2026 — Selama lebih dari satu abad, para ilmuwan mengandalkan efek Hall sebagai alat untuk menyingkap sifat kelistrikan suatu bahan. Temuan terbaru dari Carnegie Mellon University menunjukkan asumsi mendasar tentang fenomena ini ternyata keliru selama seratus tahun terakhir.
Dalam konfigurasi klasik, medan magnet ditempatkan tegak lurus terhadap material yang membawa arus listrik. Muatan yang bergerak kemudian terdorong ke salah satu sisi, lalu menciptakan tegangan yang dapat diukur. Dari sinyal tersebut, peneliti dapat mengetahui apakah arus dibawa muatan positif atau negatif, memperkirakan jumlah pembawa muatan, dan menilai seberapa mudah mereka bergerak di dalam material.
Karena informasi itu diperoleh melalui pengukuran listrik, efek Hall berkembang menjadi dasar banyak sensor modern. Perangkat berbasis efek ini kini digunakan pada teknologi yang beragam, termasuk mobil dan papan ketik komputer. Dengan kata lain, prinsip lama tersebut telah menjadi jembatan antara perilaku kelistrikan mikroskopis bahan dan fungsi perangkat yang dapat dirasakan dalam kehidupan sehari-hari.
Penelitian yang diterbitkan di Nature Materials ini dilakukan oleh peneliti Departemen Fisika Carnegie Mellon University melalui Lab for Investigating Quantum Materials, Interfaces and Devices (LIQUID). Mereka memperlihatkan bentuk efek Hall yang berbeda: respons tetap muncul ketika medan magnet berada sejajar dengan bidang material, bukan hanya ketika medan itu tegak lurus terhadap bidang film tipis.
Simranjeet Singh, associate professor fisika yang terlibat dalam riset, menjelaskan bahwa keyakinan lama membatasi efek Hall pada geometri tegak lurus. “Sudah lama orang mengira efek Hall hanya bekerja ketika medan magnet diterapkan tegak lurus terhadap bidang film. Kami menunjukkan itu tidak benar; respons juga bisa diperoleh ketika medan berada pada bidang material,” katanya.
Hasil itu menunjukkan bahwa respons Hall yang terkait dengan magnetisasi dapat terjadi dalam lebih dari satu arah. Bagi fisikawan, temuan tersebut memperluas cara menyelidiki struktur magnetik dan topologis berdimensi banyak pada sistem materi terkondensasi. Dengan demikian, orientasi medan bukan lagi satu-satunya jalur untuk menghasilkan sinyal Hall yang dapat diamati.
Efek Hall anomali sejajar bidang sebenarnya pernah diprediksi secara teori, tetapi belum ada eksperimen yang berhasil membuktikannya sebelum pekerjaan ini. Kendala utamanya ialah menemukan material magnetik dengan simetri yang tepat. Singh mengatakan gagasan tentang fenomena itu sudah tersedia, tetapi merealisasikan kondisi materialnya sangat sulit.
Tim memulai eksperimen dengan tantalum iridium telluride (TaIrTe4). Struktur kristalnya memiliki simetri yang dibutuhkan untuk mendukung efek Hall multidimensi. Bahan itu kemudian ditipiskan hingga hanya beberapa lapis atom, lalu diletakkan berdampingan dengan lapisan magnetik Cr2Ge2Te6, atau CGT. Langkah ini memungkinkan pengujian pada perangkat berskala nanometer sambil mempertahankan karakteristik elektronik dasar TaIrTe4.
Karena dua lapisan berada sangat dekat, perilaku magnetik CGT memengaruhi TaIrTe4, yang secara normal tidak bersifat magnetik. Interaksi tersebut memberi TaIrTe4 sifat magnetik tanpa menghilangkan karakteristik elektronik dasarnya. Jyoti Katoch, associate professor fisika yang berspesialisasi dalam fabrikasi perangkat dari material kuantum dua dimensi, menyebut hasil ini menunjukkan kekuatan heterostruktur dua dimensi yang presisi secara atomik.
Pada perangkat setipis atom itu, peneliti mendeteksi dua sinyal. Sinyal pertama merupakan efek Hall yang sudah dikenal, sedangkan sinyal kedua bersifat tidak lazim dan terkait dengan magnetisasi yang berada pada bidang material. Deteksi ganda ini menjadi bukti eksperimental bahwa satu struktur ultratipis dapat membawa informasi tentang lebih dari satu orientasi medan magnet.
Konsekuensi praktisnya adalah potensi penyederhanaan sistem sensor. Sebuah perangkat ultratipis dapat mendeteksi medan magnet pada lebih dari satu sumbu, termasuk melalui pengukuran sinyal efek Hall anomali tegak lurus dan sejajar bidang dalam perangkat yang sama. Singh mencontohkan magnetometri vektor sebagai salah satu jenis sensor yang dapat diuntungkan. Menurut dia, pengukuran dua arah yang sebelumnya memerlukan dua sensor kini berpotensi dilakukan dengan satu sensor.
Shubhayu Chatterjee, asisten profesor fisika, menyusun pemodelan teoretis untuk menelusuri mengapa efek tersebut muncul dan bagaimana simetri gabungan material memungkinkan fenomena itu. Model menunjukkan bahwa simetri yang berkurang akibat pasangan dengan CGT memungkinkan tambahan kopling spin-orbit di antarmuka. Istilah kopling itu penting bagi munculnya efek Hall anomali sejajar bidang setelah CGT menjadi feromagnetik pada suhu rendah.
Chatterjee menambahkan bahwa sejumlah ciri sinyal konsisten dengan asal intrinsik, tetapi karakterisasi rinci terhadap TaIrTe4 dalam konfigurasi beberapa lapis atom masih diperlukan untuk memastikan mekanisme pastinya. Temuan eksperimen karena itu membuka jawaban baru sekaligus menyisakan pekerjaan lanjutan untuk memahami detail fisika di balik respons tersebut.
Tim LIQUID kini meneliti kombinasi material lain yang mungkin menghasilkan respons Hall tidak lazim yang sama. Mereka juga menguji perilaku perangkat pada suhu ruang, syarat penting apabila teknologi ini kelak digunakan dalam aplikasi praktis. Temuan saat ini telah membuka jalur baru, sementara pengujian lanjutan akan menentukan seberapa jauh jalur tersebut dapat diubah menjadi perangkat sensor yang lebih sederhana dan fleksibel.
Sumber: ScienceDaily, September 2026.
Tidak ada komentar
Posting Komentar