Perpustakaan Digital ITB

Teknologi kuantum telah mengalami perkembangan pesat yang berpotensi diaplikasikan pada bidang kuantum informasi dan komunikasi. Desain perangkat modern yang menjadi cikal-bakal teknologi kuantum informasi dan komunikasi sangat erat kaitannya dengan interaksi antara gelombang dan materi. Beberapa penelitian telah menunjukkan adanya interaksi kuat antara gelombang dan materi menggunakan setup instrumen yang beragam. Interaksi kuat ini memunculkan apa yang disebut dengan polariton yakni quasi partikel yang berisfat seperti gelombang dan seperti materi. Salah satu jenis polariton yang telah banyak dikenal adalah magnon-polariton. Kuasi partikel ini terbentuk dari interaksi magnon (sekumpulan spin yang tereksitasi) dengan foton. Efisiensi pertukaran energi antara spin yang terdapat dalam materi dengan foton dapat diidentifikasi dengan menentukan kuat interaksi paduan dari keduanya. Interaksi dua kuantitas ini dapat dikontrol dengan cara tertentu yang salah satunya dengan cara mengatur medan luar yang dikenakan pada bahan material. Interaksi yang dapat dikontrol ini memberikan cara yang ampuh untuk mengakses dan mengotrol state keadaan sistem yang bermanfaat untuk aplikasi teknologi kuantum informasi dan komunikasi. Dalam aplikasinya, fenomena interaksi kuat antara magnon dan foton membutuhkan setup divais tertentu yang dapat menghasilkan resonansi foton dan resonansi magnetik oleh material yang digunakan. Resonansi foton diperoleh dengan menggunakan resonator berupa rongga resonator maupun resonator planar sedangkan resonansi magnetik diperoleh menggunakan material magnetik yang tersaturasi. Beberapa penelitian pendahulu telah dilakukan dengan menggunakan resonator berbasis 3D maupun planar serta menggunakan material YIG dan turunannnya bertipe kristal tunggal bulk maupun film tipis. Penggunaan YIG sebagai sumber magnon didasarkan pada sifat materialnya yang memiliki densitas spin yang tinggi serta redaman yang sangat rendah yang memungkinkan magnon dapat merambat dalam sampel sejauh beberapa ratus sentimeter, sehingga material ini secara luas digunakan pada devais berbasis gelombang mikro. Penggunaan material YIG kristal tunggal didasarkan pada keteraturan atom-atom penyusun dalam sampel sehingga magnon sebagai mode tereksitasi dapat diidentifikasi, disamping FMR sebagai mode dasarnya. Sejauh ini, penulis belum menemukan setup instrumen yang menggunakan YIG poli kristal sebagai sumber magnon, hal ini menjadi celah untuk dapat dieksplore lebih lanjut. Resonator yang berbasis 3 dimensi walaupun memiliki kualitas faktor yang lebih baik dari resonator planar, tetapi penggunaan resonator 3D ini dirasa kurang aplikatif apabila ditinjau dari segi dimensi jika dibandingkan dengan resonator planar yang lebih ramah ruang. Selain itu resonator planar lebih mudah dalam menentukan frekuensi kerja sesuai dengan kriteria yang diharapkan. Oleh karena itu dalam penelitian ini dikembangkan suatu instrumen yang dapat mengakses interaksi kuat magnon dan foton menggunakan resonator yang berbasis planar yang terbuat dari PCB berbahan substrat dengan dielektrik konstan sebesar 6,15 dan dengan memakai meterial YIG sebagai sumber FMR/magnon. Penelitian ini memiliki beberapa tujuan diantaranya untuk menghasilkan desain instrumen untuk mengakses interaksi kuat gelombang dan materi, mengetahui frekuensi resonansi sistem, faktor kualitas, intrinsic loss resonator, redaman Gilbert dan kuat paduan serta konstanta paduan sistem. Untuk tujuan tersebut digunakan sampel yttrium iron garnet (YIG) poli kristal sebagai sumber FMR/magnon dan SRR (split ring resonator) untuk menghasilkan mode foton. Pendekatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah pendekatan kuantitatif dimana semua parameter-parameter yang diuji dinyatakan dalam bentuk angka. Oleh karena menggunakan pendekatan kuantitatif maka metode yang cocok untuk penelitian ini adalah menggunakan metode eksperimen. Dari hasil pengukuran terhadap sistem YIG-SRR menggunakan VNA yang dilakukan di Laboratorium Radar, STEI di lingkungan ITB, instrumen yang dikembangkan dapat menghasilkan resonansi foton pada frekuensi 1,98 GHz, 4,0 GHz dan 5,79 GHz dengan faktor kualitas (dan intrinsic loss) pada masing-masing frekuensi tersebut diatas sebesar 412,37, 130,99 dan 101,37 (dan 0,002419, 0,007837 dan 0,010029). Setup yang dikembangkan juga dapat menghasilkan resonansi magnetik oleh material YIG yang hal ini dapat diidentifikasi dengan mudah dengan memberikan medan magnet luar yang beragam dimana resonansinya bergantung pada medan yang diberikan, hal ini jelas merupakan karakteristik dari resonansi magnetik. Resonansi magnetik yang dihasilkan berjumlah tiga resonansi yang sensitif terhadap medan magnet yang diberikan. Dengan mengubah medan magnet luar yang diberikan, resonansi magnetik mengalami pergeseran ke frekuensi yang lebih tinggi sedangkan resonansi oleh resonator tetap konstan kecuali pada saat resonansi magnetik mendekati resonansi resonator di daerah sekitar 4 GHz dimana resonansi resonator juga ikut bergeser ke arah frekuensi yang lebih tinggi. Kurva hubungan disepersi frekuensi resonansi sebagai fungsi terhadap medan magnet menunjukkan adanya grafik anti-crossing yang mengindikasikan telah terjadi interaksi kuat antara foton dengan FMR/magnon. Dari hasil infestigasi diketahui bahwa besarnya interaksi kuat (konstanta interaksi) yang dihasilkan adalah sebesar 0,6833 ± 0.0131 GHz (0.1723 ± 0.0033), nilai ini 10,4 kali lebih besar dari pada yang dilakukan oleh Zhang dkk, pada tahun 2017 yang menggunakan bulk YIG single crystal dan resonator planar. Besaran lain terkait sampel YIG yakni medan anisotropi, magnetisasi dan rasio giromagnetik serta redaman Gilbert yang masing-masing besarnya adalah ±0,727 Oe yang besarnya satu kali lebih besar dari yang dilaporkan, 205,99 Oe ± 97,44Oe (8,5 kali lebih kecil) dan 4,169 MHz/Oe ± 0,192 MHz/Oe (1,5 kali lebih besar) serta 6,064% ± 2,09% (60,6 kali lebih besar).