Mengenal Altermagnetisme, Jenis Magnetisme Ketiga yang Sifatnya Unik

Selama ini, dua jenis magnetisme yang banyak dikenal dalam pengembangan material adalah feromagnetisme dan antiferomagnetisme. Feromagnetisme terjadi ketika momen magnetik pada partikel penyusun material mengarah ke arah yang sama, sehingga menghasilkan medan magnet keseluruhan seperti yang ditemukan pada magnet kulkas. Sifat tersebut membuat material mampu memengaruhi elektron, tetapi juga menghasilkan medan magnet liar yang dapat mengganggu komponen elektronik di sekitarnya.

Antiferomagnetisme memiliki karakteristik berbeda karena momen magnetiknya tersusun dalam arah yang saling berlawanan. Susunan tersebut membuat medan magnet keseluruhannya saling meniadakan, sehingga tidak menghasilkan kutub utara dan selatan secara makroskopis. Namun, material jenis ini umumnya tidak memiliki kemampuan pemisahan keadaan spin elektron seperti yang ditemukan pada feromagnet.

Altermagnetisme menawarkan kombinasi dari kedua karakteristik tersebut. Material altermagnetik dapat menghasilkan pemisahan keadaan spin elektron tanpa menghasilkan medan magnet liar seperti pada feromagnet konvensional. Kombinasi inilah yang membuatnya menarik untuk pengembangan teknologi elektronik yang membutuhkan pengendalian elektron secara presisi.

Untuk mempelajari altermagnetisme, para peneliti menggunakan material bernama Co₁/₄TaSe₂ yang tersusun dari tiga unsur, yakni kobalt, tantalum, dan selenium. Material tersebut sebenarnya sudah dikenal dalam penelitian material, tetapi studi terbaru berhasil menunjukkan bukti eksperimental sifat altermagnetik di dalamnya. Proses pembuatannya membutuhkan pemanasan pada suhu lebih dari 900 derajat Celsius selama sekitar dua minggu.

Struktur material ini terdiri dari lapisan yang dibentuk oleh tantalum dan selenium. Atom kobalt kemudian ditempatkan di antara lapisan tersebut untuk menghasilkan susunan kristal yang dapat memengaruhi perilaku elektron ketika bergerak melalui material. Susunan berlapis tersebut menjadi bagian penting dalam menghasilkan karakteristik magnetik yang diamati para peneliti.

Untuk memastikan keberadaan altermagnetisme, tim peneliti menggunakan pemodelan kuantum dan teknik angle-resolved photoemission spectroscopy (ARPES). Teknik tersebut bekerja dengan menyinari material sehingga elektron terlepas dari permukaannya, kemudian energi serta arah elektron dianalisis. Hasilnya memperlihatkan struktur pita energi yang terpisah dengan polarisasi spin berlawanan, menjadi bukti penting keberadaan sifat altermagnetik pada Co₁/₄TaSe₂.

Salah satu alasan altermagnetisme menarik perhatian ilmuwan adalah potensinya dalam pengembangan spintronics. Berbeda dari teknologi elektronik yang mengandalkan perpindahan muatan elektron untuk memproses informasi, spintronics memanfaatkan sifat kuantum elektron yang disebut spin. Pendekatan tersebut membuka kemungkinan baru dalam pengolahan dan penyimpanan informasi.

Sifat altermagnetik dinilai menjanjikan karena memungkinkan pembangkitan dan pendeteksian arus spin tanpa menghasilkan medan magnet liar. Kemampuan tersebut berpotensi mendukung pengembangan perangkat memori ultracepat, jaringan terahertz, serta komponen elektronik dengan konsumsi energi lebih rendah. Namun, manfaat tersebut masih berupa potensi teknologi yang membutuhkan penelitian dan pengembangan lebih lanjut.

Madhab Neupane, profesor fisika di University of Central Florida sekaligus penulis korespondensi penelitian, menjelaskan bahwa kemampuan menghasilkan dan mendeteksi arus spin tanpa efek negatif medan magnet liar menjadi keunggulan utama material ini. Menurutnya, karakteristik tersebut menempatkan material altermagnetik sebagai kandidat untuk berbagai aplikasi elektronik masa depan.

Meski berhasil memperoleh bukti eksperimental, para ilmuwan masih perlu memahami lebih jauh mekanisme yang menghasilkan altermagnetisme. Salah satu pertanyaan yang sedang diteliti adalah bagaimana keadaan elektron dengan polarisasi spin tertentu berinteraksi dengan fenomena magnetik lainnya. Interaksi tersebut penting untuk mengetahui bagaimana sifat altermagnetik muncul dan bersaing dengan bentuk magnetisme lain.

Milo Sprague, fisikawan kuantum eksperimental dari UCF sekaligus penulis utama penelitian, menyebut material tersebut membuka peluang baru untuk menguji berbagai pertanyaan dalam teori altermagnetisme. Salah satu keunggulan Co₁/₄TaSe₂ adalah sifatnya yang relatif mudah dimodifikasi, sehingga para peneliti memiliki ruang lebih besar untuk mempelajari hubungan antara struktur material dan perilaku elektronnya.

Fleksibilitas ini menjadi alasan mengapa material berlapis tersebut dinilai penting bagi penelitian selanjutnya. Para ilmuwan kini memiliki platform eksperimental untuk menguji teori yang sebelumnya masih diperdebatkan, sekaligus memahami kondisi yang diperlukan agar sifat altermagnetik dapat dimanfaatkan secara konsisten.

Penemuan sifat altermagnetik pada Co₁/₄TaSe₂ memperluas pilihan material yang dapat dipelajari untuk pengembangan teknologi elektronik. Kemampuannya memisahkan keadaan spin elektron tanpa menghasilkan medan magnet liar menawarkan pendekatan berbeda dibandingkan material feromagnetik dan antiferomagnetik konvensional. Karakteristik tersebut menjadi alasan mengapa altermagnetisme mulai dipertimbangkan untuk teknologi komputasi dan penyimpanan data berikutnya.

Ukuran material yang relatif kecil dan strukturnya yang berlapis juga memberikan peluang untuk penelitian perangkat elektronik yang semakin ringkas. Meski begitu, para ilmuwan masih harus memastikan bagaimana sifat magnetiknya bekerja dalam berbagai kondisi sebelum material tersebut dapat diterapkan pada perangkat nyata. Penelitian ini lebih tepat dipandang sebagai kemajuan dalam pemahaman fisika material daripada penemuan teknologi yang sudah siap digunakan.

Keberhasilan tersebut menunjukkan bahwa pengembangan elektronik masa depan tidak hanya bergantung pada peningkatan kemampuan prosesor atau kapasitas memori. Material yang digunakan untuk mengendalikan elektron juga memiliki peran penting dalam menentukan arah inovasi berikutnya. Jika penelitian lanjutan berhasil membuktikan kelayakan penerapannya, altermagnetisme berpotensi menjadi salah satu fondasi bagi perangkat elektronik yang lebih cepat dan efisien.