KALBARNEWS.CO.ID (AS) - Sebuah tim peneliti internasional dari Universitas Teknik Dortmund, Universitas Negeri Saint Petersburg, Universitas ITMO, Institut Teknologi Saint Petersburg, dan Universitas Negeri Jackson di AS telah mengambil langkah penting dalam pengembangan teknologi kuantum melalui pengamatan langsung, untuk pertama kalinya, terhadap denyut kuantum yang berlangsung lama dalam nanokristal perovskit CsPbI₃.Gelombang Kuantum Terpanjang Yang Pernah Tercatat Telah Ditemukan Di Perovskit
Penelitian ini menunjukkan bahwa material tersebut mampu mempertahankan keadaan kuantum untuk waktu yang sangat lama, membuka kemungkinan baru untuk komunikasi kuantum, fotonika, dan sistem komputasi kuantum di masa depan.
Dalam beberapa tahun terakhir, perovskit telah dianggap sebagai salah satu material paling menjanjikan di bidang energi dan optoelektronik. Material ini telah digunakan untuk pembuatan sel surya, LED, dan laser yang sangat efisien. Namun, selain sifat-sifat terapannya, para ilmuwan juga tertarik pada fisika kuantumnya yang tidak biasa.
Tidak seperti semikonduktor tradisional, pada perovskit, elektron berinteraksi sangat kuat dengan getaran kisi atom, yang dikenal sebagai fonon. Karena itu, eksitasi elektronik mulai berperilaku bukan sebagai partikel terpisah, tetapi sebagai keadaan hibrida yang terhubung dengan getaran kristal. Keadaan tersebut disebut eksiton-polaron.
Interaksi dengan getaran kisi inilah yang umumnya dianggap sebagai salah satu tantangan utama bagi teknologi kuantum. Gangguan eksternal apa pun dengan cepat menghancurkan koherensi kuantum – suatu keadaan khusus di mana sistem kuantum dapat berada dalam banyak keadaan secara bersamaan.
Pada banyak material, koherensi tersebut menghilang hanya dalam beberapa pikodetik. Namun, pada nanokristal perovskit, para peneliti telah menemukan rezim yang tidak biasa di mana interaksi antara eksiton dan fonon tidak menghancurkan koherensi secara instan tetapi memungkinkannya bertahan lebih lama.
Untuk mempelajari fenomena ini, para ilmuwan menggunakan pulsa laser ultra pendek yang berlangsung sekitar 120 femtodetik dan metode gema foton, yang merupakan salah satu alat paling sensitif dalam spektroskopi kuantum modern. Eksperimen dilakukan pada suhu sekitar 2 Kelvin, yaitu, hampir nol mutlak.
Dalam kondisi ini, para peneliti dapat mengamati bagaimana keadaan eksiton-polaron yang berbeda mulai saling berinteraksi, menciptakan osilasi sinyal cepat yang khas – denyut kuantum. Bahkan, para ilmuwan secara langsung melacak dinamika koheren dari keadaan tersebut dalam nanokristal perovskit untuk pertama kalinya.
Temuan kunci adalah waktu koherensi yang luar biasa panjang. Pada nanokristal yang dipelajari, keadaan kuantum bertahan selama kurang lebih 300 pikodetik, yang merupakan durasi rekor untuk struktur perovskit tersebut. Sebagai perbandingan, pada banyak material lain, koherensi rusak puluhan atau ratusan kali lebih cepat karena gangguan termal dan interaksi dengan lingkungan.
Para peneliti juga menemukan bahwa dua mode getaran kisi berenergi rendah dengan energi 3,2 dan 5,1 meV memainkan peran kunci. Mode-mode inilah yang menentukan denyut kuantum yang diamati.
Pada saat yang sama, ternyata sifat-sifat sistem dapat disesuaikan dengan mengubah ukuran nanokristal. Semakin kecil partikelnya, semakin kuat interaksi antara eksiton dan getaran kisi. Ini berarti bahwa sifat kuantum material berpotensi dapat 'disesuaikan' untuk tugas-tugas tertentu, misalnya, dengan mengubah kecepatan dan sifat proses kuantum bahkan pada tahap sintesis nanokristal.
Para ilmuwan percaya bahwa hasil ini signifikan untuk beberapa bidang penelitian. Di satu sisi, hasil ini membantu untuk lebih memahami fisika fundamental perovskit, yang tetap menjadi area penelitian aktif.
Di sisi lain, hasil ini membuka jalan untuk menciptakan keadaan kuantum yang dapat dikontrol dalam material padat. Justru keadaan inilah yang dianggap sebagai salah satu fondasi komunikasi kuantum masa depan, sensor ultra-sensitif, dan komponen sistem komputasi kuantum. (Tim Liputan)
Editor : Aan
