Sebuah tim internasional yang terdiri dari ilmuwan dari Rutgers University-New Brunswick telah mengembangkan metode baru untuk memproduksi dan memanipulasi kelas superkonduktor suhu tinggi yang banyak dipelajari. Teknik ini harus membuka jalan untuk menciptakan bentuk superkonduktivitas yang tidak biasa pada material yang sebelumnya tidak dapat dicapai.
Sebuah artikel yang melaporkan karya baru ini diterbitkan di Science.
Setelah pendinginan hingga suhu kritis, superkonduktor dapat menghantarkan listrik tanpa hambatan atau kehilangan energi. Bahan-bahan ini telah memesona para fisikawan selama beberapa dekade karena mereka dapat mencapai tingkat konduktivitas sempurna yang memungkinkan aliran arus listrik tanpa batas. Namun sebagian besar superkonduktor menunjukkan kekhasan ini hanya pada suhu yang sangat rendah – beberapa derajat di atas nol mutlak – sehingga membuatnya tidak praktis.
Laporan tersebut menjelaskan eksperimen yang tumbuh dari perhitungan teoretis termasuk yang dilakukan oleh tim Rutgers yang dipimpin oleh Jedediah Pixley, seorang ahli teori materi terkondensasi dan profesor di Departemen Fisika dan Astronomi di Sekolah Seni dan Sains Rutgers.
Eksperimen tersebut mengkonfirmasi prediksi Pixley dan Pavel Volkov, yang merupakan rekan postdoctoral di Rutgers Center for Materials Theory pada saat itu. Berdasarkan model matematika oleh Pixley dan Volkov (sekarang di Universitas Connecticut) yang dirancang untuk mewakili perilaku fisik kuantum mendasar, prediksi ini memperkirakan bagaimana perilaku superkonduktor cuprate jika ditempatkan berdekatan dalam konfigurasi tertentu dan pada sudut berbeda.
Proses pembuatan superkonduktor. A. BSCCO diidentifikasi dan kontak emas diuapkan terlebih dahulu di sebelahnya. B. PDMS yang dingin dengan cepat ditarik dan kristalnya terbelah. C. Substrat diputar dengan cepat sebesar θ dan kristal bagian atas dengan cepat berkumpul kembali dengan kristal bagian bawah. D. Rakitan dihangatkan hingga -35 °C dan PDMS dilepas secara perlahan. E. Kontak atas pada kristal bawah disimpan. Kredit gambar: Universitas Rutgers. Untuk informasi lebih lanjut, kertas laporan berada di balik paywall. Namun, banyak hal yang dapat dipelajari dari materi tambahan yang tersedia di tautan ini.
Superkonduktor sudah digunakan saat ini. Sejak tahun 1970-an, para ilmuwan telah menggunakan magnet superkonduktor untuk menghasilkan medan magnet kuat yang diperlukan untuk mengoperasikan mesin magnetic resonance imaging (MRI). Kereta Maglev yang menggunakan teknologi ini diperkenalkan pada tahun 1980-an. Baru-baru ini, para ilmuwan telah memanfaatkan kekuatan magnet superkonduktor untuk memandu berkas elektron dalam perangkat eksperimental seperti sinkrotron dan akselerator.
Di masa depan, para ilmuwan membayangkan dunia di mana jaringan listrik yang sangat efisien, chip komputer yang sangat cepat dan hemat energi, dan bahkan komputer kuantum ditenagai oleh bahan superkonduktor jenis baru.
Eksperimen baru yang mengkonfirmasi ide Pixley dan Volkov dilakukan oleh tim dari Universitas Harvard yang dipimpin oleh profesor dan fisikawan Philip Kim.
Pixley menjelaskan: “Kami mengambil dua superkonduktor cuprate – bahan yang sudah menarik – dan dengan menempatkannya bersama-sama dan memelintirnya dengan cara yang tepat, kami menciptakan sesuatu yang lain yang sangat menarik: superkonduktor lain yang dapat memiliki banyak aplikasi teknologi.”
Sifat uniknya menjadikan superkonduktor baru ini kandidat yang menjanjikan untuk dioda superkonduktor suhu tinggi pertama di dunia, yang pada dasarnya merupakan saklar yang mengontrol aliran arus listrik, kata para peneliti.
Perangkat semacam itu berpotensi memberi daya pada industri yang baru lahir seperti komputasi kuantum yang mengandalkan fenomena volatil yang tercipta pada material seperti superkonduktor, tambah mereka.
Pixley, yang bergabung dengan fakultas Rutgers pada tahun 2017, memperoleh gelar doktor dengan mempelajari kondisi untuk menghasilkan superkonduktivitas pada bahan nonkonvensional. Penelitian terbaru memperluas bidang “twisttronics”, yang melibatkan pelintiran lapisan datar bahan dua dimensi untuk menciptakan efek fisik pada tingkat subatom yang dapat diamati pada skala makroskopis.
Menurut penelitian Pixley, ini memperluas paradigma tentang material apa yang dapat menunjukkan sifat superkonduktor ketika dipelintir. Karya ini juga memberikan wawasan lain. “Pada saat yang sama, kami menemukan bahwa hal ini mengarah pada keadaan superkonduktor ‘magnetik’ baru yang telah lama dicari, yang secara pasti menunjukkan bahwa fase superkonduktor yang berbeda dapat dicapai dengan cara yang berbeda,” katanya.
Para peneliti pertama-tama membagi film tembaga superkonduktor yang sangat tipis – dijuluki “BSCCO” dan terbuat dari strontium bismut oksida dan kalsium tembaga – menjadi dua lapisan. Kemudian, dengan mempertahankan kondisi dingin, mereka menumpuk lapisan-lapisan tersebut di atas satu sama lain pada sudut 45 derajat, seperti sandwich es krim dengan wafer miring, sambil mempertahankan superkonduktivitas pada antarmuka yang rapuh.
Cuprates adalah oksida tembaga yang merevolusi dunia fisika beberapa dekade lalu dengan menunjukkan bahwa mereka menjadi superkonduktor pada suhu yang jauh lebih tinggi daripada yang diperkirakan oleh para ahli teori. BSCCO dianggap sebagai superkonduktor suhu tinggi karena mulai melakukan superkonduktor pada suhu sekitar -288 Fahrenheit. Suhu ini sangat dingin menurut standar praktis, namun ternyata sangat dingin di antara superkonduktor klasik, yang biasanya harus didinginkan hingga sekitar -400 Fahrenheit.
Pekerjaan ini membuka pintu bagi eksperimen lebih lanjut, kata Pixley.
“Akan sangat menarik untuk memperluas eksperimen ini ke konfigurasi superkonduktor lainnya – lapisan monolayer yang terpuntir dan beberapa superkonduktor multilapis yang terpelintir pada sudut puntir yang kecil,” kata Pixley.
Peneliti lain dalam penelitian ini termasuk ilmuwan dari Universitas British Columbia, Laboratorium Nasional Brookhaven, Institut Leibniz untuk Penelitian Bahan Padat dan Benda Padat di Jerman, Universitas Nasional Seoul di Korea Selatan, dan Institut Nasional untuk Ilmu Material di Jepang.
**
Mungkin upaya superkonduktor akan menjadi praktis. Suhu minus 288°F berarti lebih dari seratus derajat Fahrenheit mendekati praktik. Mungkin suhu 250 derajat lebih hangat sudah cukup. Ini tentu saja mendekati pendinginan praktis. Mencapai suhu minus 30°F jauh lebih murah dalam hal peralatan dan energi dibandingkan mencoba mencapai suhu -288°F.
Berita besarnya adalah inovasi dalam konstruksi telah mengalami kemajuan besar. Sekarang ada dua ide untuk dieksplorasi, material dan desain struktural. Seseorang cenderung percaya bahwa superkonduktivitas suatu hari nanti akan menjadi praktis.
Brian Westenhaus melalui Energi dan Bahan Bakar Baru
Bacaan teratas lainnya dari Oilprice.com:
+ There are no comments
Add yours