IBM Mencapai Terobosan Baru: Citra Atom Pertama dalam Cair pada Suhu Kamar untuk Material 2D
Peter Nirmalraj menyelidiki properti material berlapis 2D menggunakan probe STM logam yang difungsionalkan C60 di laboratorium bebas derau di Binnig dan Rohrer Nanotechnology Center. (Sumber: Marcel Begert, IBM Research–Zurich)
Lebih dari 35 tahun setelah para laureat Nobel Gerd Binnig dan Heinrich Rohrer menemukan mikroskop penggelindingan tunel (STM), ilmuwan IBM di Zurich telah mencapai tonggak baru dalam citra atom demi atom—kali ini dalam lingkungan cair.
Dalam kemitraan dengan peneliti dari University of Limerick, École Polytechnique Fédérale de Lausanne, dan University of Massachusetts–Amherst, anggota tim IBM Peter Nirmalraj, Bernd Gotsmann, dan Heike Riel merancang dan mendemonstrasikan probe STM molekular yang kuat yang beroperasi pada suhu kamar dalam cair, memungkinkan analisis material berlapis 2D yang sedang berkembang.
Ini merupakan penggunaan pertama yang berhasil dari probe STM molekular dengan resolusi skala Ångstrom dalam medium cair dalam kondisi laboratorium standar, prestasi yang sebelumnya terbatas pada vakum ultra-tinggi (UHV) atau kondisi kriogenik.
Temuan ini dijelaskan dalam makalah “A robust molecular probe for Ångstrom-scale analytics in liquids,” yang dipublikasikan hari ini di Nature Communications.
Saya berbicara dengan Peter, spesialis ilmu permukaan molekular dan mikroskopi pemindaian probe fase cair, untuk mempelajari lebih lanjut tentang terobosan ini.
Elemen mana dari desain probe yang memungkinkan resolusi tinggi yang Anda capai dalam makalah Anda?
Peter Nirmalraj: Kami beralih dari probe STM emas yang tidak difungsionalkan ke ujung yang secara kimia diakhiri dengan satu molekula C60. Ini mengurangi reaktivitas puncak dan memperkaya informasi spasial yang dapat diperoleh dari material. Mencapai kontrol tingkat atom dalam cair pada suhu kamar adalah tantangan yang signifikan.
Apa yang khusus dalam citra pada kondisi laboratorium standar, dibandingkan kondisi UHV dan kriogenik yang umum?
PN: Kesulitan inti terletak pada menjaga stabilitas satu molekula di puncak ujung. Bayangkan gunung terbalik yang dicaplai dengan ceri—skala ini menangkap sensitivitas yang diperlukan. Sementara kondisi kriogenik menekan fluktuasi, pada suhu kamar molekul tetap aktif secara energi dan dinamis, yang menyebabkan ketidakstabilan. Pekerjaan kami menunjukkan bahwa probe yang sensitif dapat distabilkan dalam cairan padat tinggi yang menahan gerakan molekul yang dicangkul.
Dari kiri ke kanan: Probe STM emas yang diakhiri fulleren; sekskawan tunggal atom dari grafen monolaer yang menyoroti situs jaring karbon; struktur atomik disulfida molibdenum 2D dengan spesies yang dapat dianalisis secara selektif.
Saat World Economic Forum menyebut material 2D sebagai salah satu 10 teknologi terbaru teratas tahun 2016, kemampuan untuk menyelidikinya dengan resolusi atom dalam lingkungan yang realistis menjadi semakin kritis. Pengetahuan yang akurat tentang kompatibilitas lingkungan, ketahanan lingkungan, dan properti elektronik sangat penting bagi produsen transistor tipis-film, elektronik transparan, dan fleksibel.
“Teknik kami memungkinkan sidik jari struktural dan elektronik yang lebih cepat dan lebih andal untuk koleksi material 2D yang berkembang pesat.”
—Peter Nirmalraj, ilmuwan penelitian IBM
Dengan menggabungkan resolisi tertinggi yang dapat dicapai dengan kondisi eksperimental yang menantang, kami membuka informasi berharga yang langsung memberitahukan rekayasa perangkat berbasis material 2D.
Langkah apa yang harus diambil selanjutnya untuk memajukan citra pada antarmuka cair–padat?
PN: Tonggak berikutnya adalah menyelesaikan elemen molekular tunggal dengan resolusi sub-molekular. Secara eksperimental dan teoretis, kami harus memperdalam pemahaman tentang mekanisme kopling antara molekul yang dicangkul ujung dan cairan sekitar, dan menilai bagaimana pengaruh elektronik dan struktural molekul meningkatkan kontras spasial.
Tentang penulis: Millian Gehrer adalah magang musim panas di IBM Research – Zurich, di mana ia mewawancarai ilmuwan untuk mempelajari pekerjaan dan motivasi mereka. Pada musim gugur, ia akan mulai belajar Ilmu Komputer sebagai mahasiswa sarjana di Princeton University.
