Peneliti di TU Wien menemukan bahwa elektron yang melarikan diri dari bahan padat memerlukan 'keadaan pintu' spesifik selain energi yang cukup, menyelesaikan anomali eksperimental yang telah lama ada. Temuan ini, yang diterbitkan di Physical Review Letters, menjelaskan variasi emisi elektron dari bahan berlapis seperti graphene. Wawasan ini membuka kemungkinan baru untuk merekayasa bahan canggih.
Elektron dalam bahan padat dapat memperoleh energi ekstra, seperti dari tabrakan dengan elektron lain, yang berpotensi memungkinkan mereka untuk bebas. Proses ini mendasari banyak teknologi tetapi telah membingungkan para ilmuwan selama puluhan tahun karena ketidaksesuaian antara teori dan eksperimen. Anna Niggas, penulis pertama dari Institut Fisika Terapan TU Wien, mencatat: 'Bahan padat yang keluar elektron relatif lambat memainkan peran kunci dalam fisika. Dari energi elektron ini, kita dapat mengekstrak informasi berharga tentang bahan tersebut.'
Model tradisional mengasumsikan bahwa elektron apa pun dengan energi yang cukup akan melarikan diri, tetapi pengamatan menunjukkan sebaliknya. Misalnya, struktur graphene dengan jumlah lapisan yang bervariasi menunjukkan energi internal elektron yang serupa namun perilaku emisi yang berbeda. Prof. Richard Wilhelm, kepala kelompok Fisika Atom dan Plasma di TU Wien, menjelaskan: 'Seseorang mungkin mengasumsikan bahwa semua elektron ini, setelah memiliki energi yang cukup, hanya meninggalkan bahan tersebut. Tapi, ternyata, itu bukan yang terjadi.'
Terobosan ini mengungkapkan bahwa bahkan keadaan di atas ambang batas energi dapat menjebak elektron secara spasial di dalam padatan. Wilhelm menambahkan: 'Dari sudut pandang energi, elektron tidak lagi terikat pada padatan. Ia memiliki energi elektron bebas, namun tetap berada secara spasial di mana padatan itu berada.' Sebaliknya, pelarian bergantung pada 'keadaan pintu'—keadaan kuantum spesifik yang kuat terhubung dengan jalur eksternal. Prof. Florian Libisch dari Institut Fisika Teoritis menyatakan: 'Keadaan ini terhubung kuat dengan yang benar-benar menuju keluar dari padatan. Tidak setiap keadaan dengan energi yang cukup adalah keadaan pintu—hanya yang mewakili 'pintu terbuka' ke luar.'
Niggas menyoroti implikasinya: 'Untuk pertama kalinya, kami telah menunjukkan bahwa bentuk spektrum elektron tidak hanya bergantung pada bahan itu sendiri, tetapi secara krusial pada apakah dan di mana keadaan pintu resonan seperti itu ada.' Khususnya, beberapa keadaan pintu muncul hanya pada tumpukan yang melebihi lima lapis, memungkinkan desain presisi bahan berlapis untuk penelitian dan teknologi. Studi ini muncul di Physical Review Letters (2025; 135 (16)), dengan DOI: 10.1103/qls7-tr4v.