Untuk pertama kalinya, para ilmuwan dapat mengamati secara langsung gelombang spin —riak kecil magnetisme yang dikenal sebagai magnon— pada skala nano.

Penemuan menarik ini menandai langkah maju yang besar dalam bidang magnetisme dan dapat mengarah pada jenis-jenis elektronik hemat energi baru di masa depan.

Terobosan ini datang dari tim peneliti internasional, yang dipimpin oleh para ilmuwan di Universitas Uppsala di Swedia, dan baru-baru ini dipublikasikan di Nature.

Dengan menggabungkan mikroskop elektron yang canggih dengan perangkat teoretis baru, tim tersebut mampu melihat magnon dengan detail yang belum pernah ada sebelumnya.

Magnon adalah gelombang energi yang merambat melalui material magnetik seperti besi atau nikel.

Magnon diciptakan oleh medan magnet kecil, atau "spin", atom-atom saat mereka bergeser dan bergerak bersama dalam pola yang terkoordinasi—seperti tarian yang tersinkronisasi.

Gelombang ini tidak membawa muatan listrik, tetapi dapat membawa informasi.

Itulah sebabnya para peneliti antusias untuk menggunakannya dalam bidang baru yang disebut magnonik, yang bertujuan untuk menggantikan arus listrik dalam elektronik dengan gelombang spin.

Hal ini dapat memungkinkan terciptanya perangkat yang lebih cepat, lebih kecil, dan lebih hemat energi daripada elektronik saat ini.

Namun, hingga saat ini, mengamati magnon pada skala nano—hanya sepersejuta meter—hampir mustahil.

Para ilmuwan hanya dapat melihatnya di permukaan atau mendeteksinya secara tidak langsung. Namun kini, hal itu telah berubah.

“Kami tiba-tiba dapat melihat semua magnon dan setiap langkah gerakannya pada skala nano,” kata Dr. José Ángel Castellanos-Reyes, salah satu penulis utama studi dan peneliti di Universitas Uppsala.

“Rasanya seperti mendapatkan kursi baris depan untuk pertunjukan yang belum pernah disaksikan secara penuh oleh siapa pun.”

Para peneliti menggunakan jenis mikroskop elektron khusus di laboratorium SuperSTEM di Inggris.

Mikroskop ini dapat mendeteksi perubahan energi yang sangat kecil —hanya sepersejuta elektron volt— saat berkas elektron melewati suatu material.

Perubahan-perubahan kecil ini mengungkapkan keberadaan magnon yang bergerak melalui nanokristal nikel oksida, sebuah model material magnetik.

Kunci dari penemuan ini adalah dua perangkat teoretis yang dikembangkan di Universitas Uppsala.

Satu, yang disebut TACAW (Time Autocorrelation of Auxiliary Wavefunctions), memprediksi bagaimana magnon akan berinteraksi dengan elektron yang bergerak cepat di dalam mikroskop.

Yang lainnya, UppASD (Uppsala Atomistic Spin Dynamics), adalah program komputer canggih yang digunakan untuk mensimulasikan perilaku spin dalam material magnetik.

Perangkat-perangkat ini membantu tim memahami sinyal yang mereka lihat dan memastikan bahwa sinyal tersebut memang magnon.

Menurut Dr. Ján Rusz, seorang profesor fisika di Uppsala, prediksi yang dibuat dengan perangkat-perangkat ini sama persis dengan hasil eksperimen—memberikan validasi yang kuat terhadap teknik baru ini.

Pencapaian ini lebih dari sekadar tonggak sejarah teknis—ini membuka pintu bagi cara-cara yang sepenuhnya baru dalam mempelajari dan merancang material magnetik.

Hal ini pada akhirnya dapat mengarah pada kemajuan dalam perangkat magnonik, di mana informasi ditransfer menggunakan gelombang spin, alih-alih arus listrik.

"Ini merupakan tonggak sejarah dalam mikroskopi dan studi teknologi berbasis spin," ujar Castellanos-Reyes.

"Ini membawa kita selangkah lebih dekat ke era baru elektronika berkecepatan tinggi dan berenergi rendah."