Hole: Partikel atau Bukan?

Sebelumnya saya masih bingung hole itu partikel atau bukan. Dosen saya mengatakan bahwa hole itu partikel (betul-betul partikel) pembawa muatan positif, tapi aku nggak percaya....

Tahu apa itu hole? Mari kita awali dengan sejarah lahirnya hole

Pemikiran orang-orang kuno menyukai hal-hal yang positif, sehingga dulu sekali fisikawan beranggapan listrik mengalir dari kutub positif ke kutub negatif, karena muatan elementer yang berperan dalam kelistrikan ialah muatan positif, dan arus listrik ialah perubahan muatan itu terhadap waktu. Setelah ditemukan bahwa muatan elementer itu ialah elektron, yang notabene bermuatan negatif, maka konsep harus diubah, listrik mengalir dari kutub negatif ke kutub positif. Tetapi fisikawan rupanya enggan melakukan perubahan secara radikal karena memang sulit mengubah pandangan yang sudah ada sejak dulu. Untuk itulah diciptakan konsep hole, yaitu keadaan kosong (empty state), suatu state yang dapat diisi oleh elektron (dalam konfigurasi atom netral) tetapi tidak terisi elektron karena ditinggal pergi. Jadi, arus listrik timbul karena adanya pergerakan elektron dari kutub negatif ke kutub positif dan pergerakan hole dari kutub positif ke kutub negatif. Meskipun logis (berdasarkan prinsip relatif), namun terdengar konyol bukan? Ini seperti menerangkan dua buah gelas, gelas A berisi air dan gelas B kosong. Jika air di gelas A dituangkan ke gelas B, bukankah kita cukup menyatakan “arus air” sebagai perpindahan air dari gelas A ke gelas B, tidak perlu sebagai perpindahan air dari gelas A ke gelas B dan perpindahan kekosongan dari gelas B ke gelas A. Lalu, ngapain konsep hole seperti itu masih digunakan?

Konsep hole sebagai pembawa muatan positif (lawannya elektron dalam gejala kelistrikan) memang digunakan untuk mempermudah penjelasan dalam hal tertentu, misalnya generasi dan rekombinasi, sifat semikonduktor bahan, dan lain-lain, tapi perlu diingat bahwa hole itu tidak ada. Namanya saja keadaan kosong, kosong ya mana ada. Seperti halnya dengan lubang (hole bila diterjemahkan secara bebas berarti lubang), yang mana sih bendanya lubang itu? Tidak ada kan? Kita hanya dapat mengamati lubang jika kita melihat ke sekeliling lubang: ada materi di sekitarnya tapi tidak di situ. Itulah yang namanya lubang, jadi lubang itu bukan entitas fisik.

Hole sebagai partikel pembawa muatan positif

Sebelumnya saya menyatakan posisi saya sebagai orang yang tidak sepakat bahwa hole itu partikel ataupun quasi-partikel. Kalau pseudo-partikel sih boleh. Kenapa? Ya seperti penjelasan saya tadi, hole itu bukan objek fisik, bukan quark, lepton, boson, maupun komposit dari ketiga kelas itu. Lalu bagaimana kita menerangkan gejala hole sebagai “pembawa” muatan positif? Marilah kita pandang suatu atom Lithium netral, . Atom Lithium memiliki tiga proton dan tiga elektron. Patut diingat muatan proton dan elektron tepat sama, hanya warnanya berlawanan, proton bermuatan |e| dan elektron bermuatan -|e|. Jadi pada atom Lithium tadi muatan totalnya adalah 3(|e|) + 3(-|e|) = 0. Jika satu elektronnya plesiran ke Bali bareng Gayus Tambunan nonton kejuaraan tenis, maka atom Lithium tadi tinggal memiliki tiga proton dan dua elektron sehingga muatan totalnya 3(|e|) + 2(-|e|) = |e|. Tarammm….! Tanpa perlu memperkenalkan dan menghadirkan hole kita bisa menjelaskan hadirnya muatan positif. Jadi muatan positif itu muncul dari proton yang dari tempo doeloe sudah ada di dalam atom itu, bukan karena munculnya hole ke pentas atom. Jadi konsep hole sebagai pembawa muatan positif itu hanyalah “bayangan” dari muatan proton yang muncul setelah ditinggal oleh elektron (jalan-jalan ke Bali).