Pada tahun 2025, sebuah tim ilmuwan dari Belanda mencapai terobosan signifikan dalam teknologi kuantum, mengembangkan perangkat ultra-tipis yang berfungsi tanpa magnet besar dan beroperasi pada suhu ruangan. Penemuan ini membuka cakrawala baru untuk menciptakan teknologi yang ringkas, cepat, dan hemat energi.
Penelitian yang diterbitkan dalam Nature Communications, mengkonfirmasi keberadaan efek Hall spin kuantum (QSH) dalam graphene tanpa memerlukan medan magnet eksternal. Efek ini, terkait dengan sifat mekanika kuantum elektron yang dikenal sebagai spin, memungkinkan transmisi dan pemrosesan informasi menggunakan perangkat spintronik.
Selama percobaan, para ilmuwan menggunakan graphene magnetik, melapisi dengan bahan antiferromagnetik, CrPS₄. Kombinasi ini mengubah sifat internal graphene, yang mengarah pada interaksi spin-orbital dan pertukaran, yang sangat penting untuk membentuk keadaan tepi yang dilindungi secara topologis. Keadaan ini memastikan pergerakan elektron di sepanjang tepi material tanpa hambatan, dengan spin mereka sejajar dalam arah yang berlawanan – ini adalah efek Hall spin kuantum.
Penciptaan perangkat semacam itu sebelumnya menghadapi tantangan signifikan, karena mengendalikan spin elektron membutuhkan medan magnet yang kuat dan suhu yang sangat rendah. Namun, penelitian baru telah menunjukkan bahwa sifat magnetik dapat dibuat secara internal di dalam material, menggunakan efek kedekatan dengan antiferromagnetik CrPS₄. Para peneliti juga mencatat bahwa kemampuan untuk mengamati keadaan spin yang stabil bahkan pada suhu ruangan membuat teknologi lebih praktis untuk aplikasi dunia nyata.
Terobosan ini memvalidasi prediksi teoretis yang dibuat satu dekade lalu, yang menunjukkan bahwa graphene, dalam kondisi tertentu, dapat mendukung keadaan spin kuantum yang stabil. Salah satu peneliti menekankan bahwa kemampuan untuk membuat qubit spin kuantum tanpa menggunakan medan magnet eksternal membuka peluang baru untuk spintronik dan fisika topologi.
Efek Hall spin kuantum adalah fenomena di mana elektron dalam konduktor mengalami potensi yang berbeda (tegangan Hall) pada tepi yang berlawanan ketika terkena medan magnet, tegak lurus terhadap arus. Penemuan ini membuka prospek baru untuk perangkat spintronik di masa depan.