Ilmuwan Menemukan Bentuk Materi Baru, Excitonium

Adanya eksitonium berteori hampir setengah abad yang lalu. Namun para ilmuwan di University of Illinois di Urbana-Champaign untuk pertama kalinya membuktikan keberadaannya - bentuk materi baru.

Para ilmuwan mengkonfirmasi adanya excitonium setelah menganalisa kristal yang tergabung dalam titanium dilenide dichalcogenide logam transisi, atau 1T-TiSe2. Bentuk baru materi adalah kondensat yang terdiri dari excitons, partikel yang menampilkan elektron yang lolos dan celah yang ditinggalkan oleh ketidakhadirannya.

Pasangan kuantum mekanis yang aneh di antara excitons ini meminjamkan sifat kuantum makroskopik eksitonium yang unik, mirip dengan sifat superkonduktor atau kristal elektronik isolasi.

Semikonduktor menampilkan pita energi yang disebut pita valensi. Band-band itu penuh dengan elektron. Ketika elektron di tepi pita valensi merasa gembira, mereka dapat melompati celah energi ke pita konduksi tetangga, sebuah band tanpa elektron. Elektron yang lolos meninggalkan lubang.

Lubang yang ditinggalkan oleh elektron mengambil muatan positif dan menarik elektron yang baru lolos. Bersama-sama, pasangan membentuk partikel komposit, atau boson, disebut eksiton.

Meski diprediksi dalam teori hampir 50 tahun yang lalu, para ilmuwan telah gagal sampai sekarang untuk langsung mengamati eksitonium. Menemukan bentuk materi baru diperumit oleh kenyataan bahwa sifat kuantumnya tampak serupa dengan fase Peierls, osilasi posisi atom diukur dalam kristal satu dimensi.

Para ilmuwan mampu membedakan antara dua tanda tangan dengan menggunakan teknik analisis baru yang disebut spektroskopi kehilangan energi elektron yang terpecahkan, atau M-EELS. Metode ini sangat sensitif terhadap eksitasi band, yang memungkinkan para peneliti mengukur eksitasi partikel boson berenergi rendah.

Pengamatan mereka mengungkapkan pengamatan langsung fase plasmon yang lembut di logam transisi, pendahulu untuk kondensasi exciton dan ilmuwan senjata merokok yang diperlukan untuk mengkonfirmasi keberadaan benda itu.

"Hasil ini penting secara kosmik," Peter Abbamonte, profesor fisika di University of Illinois, mengatakan dalam sebuah rilis berita. "Sejak istilah 'excitonium' diciptakan pada tahun 1960 oleh fisikawan teoritis Harvard Bert Halperin, fisikawan telah berusaha untuk menunjukkan keberadaannya."

Para ilmuwan menerbitkan penemuan terobosan mereka di jurnal Science.

Periset percaya teknik analisis baru mereka dapat digunakan untuk mempelajari berbagai sinyal mekanika kuantum misterius lainnya dan fase teoritis.