Para fisikawan dari Universitas Jyväskylä dan Universitas Aalto di Finlandia telah berhasil mewujudkan isolator topologi kristal dua dimensi (2D), sebuah material kuantum yang telah diprediksi secara teoritis sejak lebih dari sepuluh tahun lalu. Pencapaian ini menandai realisasi eksperimental pertama kali bagi fase material yang selama ini sulit disintesis karena tantangan dalam mengendalikan struktur atomik dan interaksi substrat.
Material tersebut dibangun dengan menumbuhkan lapisan atomik tipis yang hanya terdiri dari dua lapisan tin tellurida (SnTe) di atas substrat niobium diselenida (NbSe2) menggunakan teknik molecular beam epitaxy (MBE). Karakterisasi kemudian dilakukan dengan mikroskopi tunneling pemindaian suhu rendah (low‑temperature STM) yang memungkinkan pengukuran struktur elektronik dengan presisi tingkat atom.
Hasil pengukuran mengungkapkan adanya pasangan keadaan tepi (edge states) yang konduktif, ciri khas isolator topologi kristal. Jalur konduksi ini memungkinkan elektron bergerak sepanjang tepi material tanpa hambatan dan dilindungi oleh simetri jaringan kristal, sehingga kekebalan terhadap gangguan non‑magnetik terjamin.
Keadaan tepi tersebut muncul di dalam celah pita elektronik yang relatif besar, melebihi 0,2 elektron‑volt (eV). Penelitian menunjukkan bahwa lapisan SnTe mengalami kompresi akibat ketidakcocokan parameter jaringan dengan substrat NbSe2, menciptakan regangan (strain) yang justru menjadi kunci stabilisasi fase topologi material ini.
Lebih menarik lagi, tim berhasil mendemonstrasikan bahwa keadaan tepi dapat diatur secara reversibel dengan memodifikasi besar regangan, misalnya melalui pengendalian ketebalan substrat atau penerapan tekanan eksternal. Kemampuan tuning ini membuka jalan praktis untuk merancang perangkat kuantum yang properti elektroniknya dapat dikendalikan secara dinamis.
Perhitungan pertama prinsip (first‑principles) mengonfirmasi asal topologis dari keadaan tepi yang diamati. Analisis lebih lanjut mengungkap interaksi antara keadaan tepi bersebelahan yang menyebabkan pergeseran tingkat energi akibat kombinasi interaksi elektrostatik dan tunneling kuantum, fenomena yang jarang teramati dengan begitu jelas dalam sistem 2D.
Karena celah pita yang luas, sifat topologi material ini diproyeksikan tetap stabil hingga suhu ruang, menjadikannya platform menjanjikan untuk elektronika berbasis spin (spintronik) dan perangkat nano skala. Stabilitas termal tersebut mengatasi salah satu hambatan utama material topologi generasi sebelumnya yang biasanya hanya berfungsi pada suhu sangat rendah.
Hasil penelitian dipublikasikan di jurnal Nature Communications dan diharapkan memicu gelombang kolaborasi internasional, termasuk bagi grup peneliti di Indonesia yang sedang mengembangkan program material kuantum. Kemampuan untuk merancang material topologi yang dapat dikendalikan regangannya menempatkan ilmu material kuantum pada tahap baru, dekat dengan aplikasi nyata di komputasi kuantum dan sensor sensitivitas tinggi.