Para ilmuwan sedang memelopori desain material baru yang mungkin membawa impian superkonduktivitas suhu ruangan semakin mendekati kenyataan.
Superkonduktor biasanya memerlukan suhu yang sangat rendah agar dapat berfungsi, namun desain baru ini dapat beroperasi pada suhu yang jauh lebih tinggi, bahkan pada suhu sekitar, sehingga secara signifikan memperluas penerapan praktisnya.
ADVERTISEMENT
SCROLL TO RESUME CONTENT
Bahan Perintis untuk Superkonduktivitas Suhu Kamar
Material baru yang dirancang oleh mahasiswa pascasarjana Universitas Illinois Chicago dapat membantu para ilmuwan menghadapi salah satu tantangan terbesar saat ini: membangun superkonduktor yang beroperasi pada suhu dan tekanan normal.
Superkonduktor digunakan secara luas dalam aplikasi sehari-hari mulai dari mesin MRI hingga transmisi daya. Namun agar bisa berfungsi, mereka harus didinginkan hingga suhu yang sangat rendah, sehingga membatasi potensinya. Para ilmuwan di seluruh dunia sedang mencari bahan yang dapat menunjukkan superkonduktivitas pada suhu “sangat tinggi” – dalam konteks ini, mendekati suhu kamar – tanpa memerlukan pendinginan super.
Desain Baru yang Menjanjikan untuk Superkonduktor
Dalam makalah untuk Prosiding Akademi Ilmu Pengetahuan NasionalAdam Denchfield dan tim ilmuwan UIC mengusulkan tiga desain baru yang menjanjikan untuk bahan superkonduktor. Dalam simulasi komputer, desain menunjukkan beberapa sifat yang diperlukan untuk superkonduktivitas suhu sangat tinggi.
Hyowon Park, profesor fisika, dan Russell Hemley, profesor fisika dan kimia, ikut menulis makalah ini bersama Denchfield, kandidat PhD bidang fisika di UIC.
Selama beberapa dekade, para ilmuwan telah mencari bahan yang dapat membuat superkonduktivitas – transmisi listrik tanpa kehilangan – menjadi mungkin pada suhu yang lebih tinggi, seperti suhu ruangan. Hal ini akan memungkinkan penggunaan superkonduktor untuk jaringan listrik canggih, motor listrik yang lebih efisien, dan kereta melayang secara magnetis yang lebih canggih.
Kontroversi dan Inspirasi Berbasis Lutetium
Pada tahun 2023, sekelompok ilmuwan menerbitkan makalah kontroversial tentang bahan superkonduktor yang mengandung unsur tanah jarang yang disebut lutetium yang bekerja mendekati suhu lingkungan dan tekanan udara. Kontroversi tersebut menginspirasi Denchfield untuk mengeksplorasi literatur masa lalu tentang jenis material yang mereka gambarkan, yang disebut trihidrida tanah jarang.
“Saya melihat hasilnya, dan saya sama skeptisnya dengan banyak orang lain di lapangan,” kata Denchfield. “Jadi saya mulai mempelajari literatur untuk mencari penjelasan alternatif dan menemukan penelitian dari akhir tahun 1960-an yang mempelajari trihidrida tanah jarang.”
Penelitian yang lebih tua ini menunjukkan perubahan yang sangat aneh pada konduktivitas listrik bahan ketika didinginkan yang masih belum sepenuhnya dipahami. Denchfield menemukan bahwa susunan khusus atom lutetium dalam kombinasi dengan hidrogen dan nitrogen dapat menyebabkan material tersebut menunjukkan sifat menarik termasuk superkonduktivitas suhu tinggi.
Penelitiannya akhirnya menghasilkan makalah tentang senyawa lutetium-hidrogen-nitrogen yang menjanjikan dan hasil eksperimen yang konsisten dengan superkonduktivitas. Karya kelompok Hemley diliput di New York Times.
Memperluas Melampaui Lutetium: Struktur Potensial Baru
Namun Denchfield tidak berhenti di situ. Dia mulai mengeksplorasi apakah kombinasi dan struktur hidrida tanah jarang lainnya, seperti mengganti lutetium dengan sepupu tabel periodiknya, yttrium dan skandium, dapat bekerja lebih baik lagi. Dengan tujuan meningkatkan suhu superkonduktor sebanyak mungkin, ia menemukan tiga jenis struktur kubik yang dapat menghasilkan sifat yang diinginkan dalam simulasi.
“Kami pada dasarnya mengajukan tiga struktur templat dengan kompleksitas yang semakin meningkat yang kami ingin agar orang lain dapat mengambil dan mengacaukannya, memasang dan memainkan elemen yang berbeda,” kata Denchfield. “Saya akan menggambarkan ini sebagai makalah eksplorasi, sebuah karya motivasi dan inspirasi yang harus menginspirasi pencarian struktur kelas baru yang bisa menjadi superkonduktor bersuhu sangat tinggi.”
Desain material yang dijelaskan dalam makalah ini mencapai suhu kritis – titik di mana sifat superkonduktif muncul – di atas 200 derajat Kelvin, kira-kira setara dengan -100 derajat Fahrenheit. Denchfield mengatakan beberapa desain dapat mencapai “cawan suci” superkonduktivitas pada tekanan sekitar dan suhu ruangan. Untuk memverifikasi prediksi tersebut, material dengan desain baru harus disintesis di laboratorium dan diuji.
Jalan ke Depan untuk Superkonduktivitas Suhu Kamar
“Studi baru yang dipimpin oleh Adam melanjutkan tonggak sejarah kelompok kami sebelumnya: penemuan superkonduktor suhu mendekati ruangan pertama dalam hidrida tanah jarang lainnya di bawah tekanan, kemudian bukti menggiurkan untuk superkonduktivitas suhu tinggi serupa dalam bahan berbasis lutetium. materi,” kata Hemley. “Prospek untuk kelas baru material terkait dengan komposisi berbeda merupakan babak terbaru dalam upaya menarik kami untuk menemukan dan menciptakan material baru yang suatu hari nanti dapat merevolusi teknologi energi.”
Referensi: “Merancang hidrida multikomponen dengan potensi T. tinggiC superkonduktivitas” oleh Adam Denchfield, Hyowon Park dan Russell J. Hemley, 1 November 2024, Prosiding Akademi Ilmu Pengetahuan Nasional.
DOI: 10.1073/pnas.2413096121
RakyatPos.ID Network
