Studi Analisis Quantum Tunneling Tiga Potensial Penghalang Graphene Dengan Metode Propagasi Matriks Pada Partikel Tunak

Abstract

Graphene adalah material baru tertipis, terkuat dan terunggul di dunia saat ini yang terbentuk dari satu lapis atom karbon yang memiliki struktur hexagonal menyerupai sarang lebah. Lembaran-lembaran graphene yang ditumpuk akan membentuk material berbasis karbon seperti graphite. Lembaran-lembaran tersebut diikat oleh ikatan van der Waals dengan jarak antar lembarnya 0,335 nm. Graphene memiliki jarak antar atom 0,142 nm dan diikat oleh ikatan kovalen. Keunggulan graphene dari segi konduktivitas adalah lapisan single-layer yang memiliki konduktivitas sebesar 0,96 x 106 Ω-1 cm-1. Konduktivitas material graphene juga dapat ditentukan dengan pengaruh kadar Zinc dan temperature hydrothermal. Nilai konduktivitas elektrik terbesar dihasilkan dari variasi panambahan serbuk zinc sebesar 0,8 gram dan temperatur hydrothermal sebesar 200ᵒ𝐶 dengan nilai sebesar 0,10281 S/cm dan bilangan iodine 11384,64 . Selain itu Struktur pita elektronik graphene dapat digambarkan secara analitik yang menggunakan model ikatan kuat, maupun numerik seperti Density Functional Theory, aproksimasi GW, juga Tight Binding dengan penyelesaian TDSE (Qosim, dan santoso, 2015), selain itu juga Kristal graphene dapat terkelupas menjadi [(CH)N or (C6H6)N] dengan paparan dua jam terhadap pembuangan dingin atom hidrogen, setelah annealing dalam Ar selama empat jam pada 300𝑜𝐶. Pengembangan teori tentang efek terobosan pada suatu penghalang dapat diselesaikan dengan beberapa cara pendekatan yaitu pendekatan dengan persamaan schrodinger, WKB, dan juga Propagasi Matriks. Wentzel-KramersBrillouin (WKB) merupakan pendekatan untuk menghitung probabilitas tunneling kuantum suatu fungsi potensial penghalang (Nufida, 2017). Pendekatan WKB tersebut termasuk teknik untuk mendapatkan suatu perkiraan solusi persamaan schrodinger tidak bergantung waktu dalam satu dimensi. Tetapi pendekatan ini tergolong rumit dan harus banyak yang dipahami, sehingga peneliti menggunakan pendekatan propagasi matrik karena lebih mudah dipahami dan lebih sederhana dalam pengoperasiannya. Propagasi matrik sangat mudah digunakan dan mudah dipahami, hanya butuh kemampuan matematis pada matriks. Berdasarkan hasil yang didapatkan menunjukkan bahwa koefisien transmisi yang dicapai sebuah elektron dapat menerobos suatu penghalang dengan bahan semikonduktor graphene adalah pada satu penghalang koefisien transmisi maksimum yang dicapai 0,7937 atau 79,37% dari energi 1,00 eV. Pada dua penghalang koefisien transmisi maksimum yang dicapai 0,8555 atau 85,55% dari energi 1,00 eV. Hasil satu dan dua penghalang koefisien transmisi terus meningkat dengan energy yang juga meningkat. Sedangkan pada tiga penghalang koefisien transmisi maksimum yang dicapai 1,00 atau 100% dari energi 0,92000,9225 eV dan pada energi 0,9975 eV elektron mulai mengalami penurunan koefisien transmisi dari 100% menjadi 97,17% hingga pada energi 1 eV koefisien transmisi hanya pada kisaran 97,02%. Hal ini menunjukkan bahwa pada graphene resonant tunneling terjadi pada tiga penghalang. Secara umum koefisien transmisi yang didapatkan pada tiga penghalang tersebut terus meningkat sampai kisaran energi 0,9200-0,9225 eV. Hasil tersebut juga menunjukkan bahwa kemampuan elektron dalam menerobos material semikonduktor tersebut sangat baik sehingga graphene merupakan salah satu bahan semokonduktor yang sangat baik juga untuk menghasilkan semikonduktor terbaik dari material sebelumnya. Harapannya graphene yang sangat istimewa ini dapat membuat suatu peluang baru dalam pemanfaatan untuk menghasilkan suatu produk bidang elektronika yang lebih baik seperti superkapasitor dan transistor.