"Kami percaya ini sekarang era baru superkonduktivitas," Russell Hemley, seorang ilmuwan material di Universitas George Washington di Washington, D.C., mengatakan kepada kerumunan peneliti 4 Maret pada pertemuan Maret American Society Fisik.
Gambar menerangi layar di belakangnya: skema alat untuk menghancurkan benda-benda kecil di antara titik-titik superhard dari berlian yang berlawanan, grafik suhu dan hambatan listrik, bola berpendar dengan "X" hitam kasar yang dipotong di tengahnya.
Gambar terakhir itu adalah perwujudan dari era baru itu sendiri: sampel kecil lantanum superhydride (atau LaH10) diperas dengan tekanan yang mirip dengan yang ditemukan di tengah-tengah inti bumi dan dipanaskan dengan laser ke suhu mendekati hari akhir musim dingin di New England dengan cepat . (Itu panas menyengat oleh standar penelitian superkonduktivitas, biasanya dilakukan di laboratorium dingin yang ekstrim.) Di bawah kondisi itu, Hemley dan timnya telah menemukan, LaH10 tampaknya berhenti menahan pergerakan elektron antara atom-atomnya. Tampaknya menjadi, sebagaimana Hemley menyebutnya dalam pembicaraan APS dan dalam sebuah makalah yang diterbitkan 14 Januari dalam jurnal Physical Review Letters, "superkonduktor suhu kamar."
Ilmu beku
Kembali pada tahun 1911, fisikawan Belanda Heike Kamerlingh Onnes menemukan bahwa pada suhu yang sangat rendah, zat tertentu menunjukkan sifat listrik yang tidak biasa.
Dalam keadaan normal, arus listrik yang melewati bahan konduktif (seperti kawat tembaga) akan kehilangan intensitas di sepanjang jalan. Bahkan konduktor yang sangat baik yang kami gunakan di jaringan listrik kami tidak sempurna dan gagal untuk mengangkut semua energi dari pembangkit listrik ke outlet dinding Anda. Beberapa elektron tersesat di sepanjang jalan.
Tetapi superkonduktor berbeda. Arus listrik yang dimasukkan ke dalam loop kawat superkonduktor akan terus berputar selamanya, tanpa kehilangan. Superkonduktor mengusir medan magnet, dan karenanya dengan kuat mendorong magnet. Mereka memiliki aplikasi dalam komputasi kecepatan tinggi dan teknologi lainnya. Masalahnya adalah bahwa jenis suhu yang sangat rendah di mana superkonduktor biasanya beroperasi membuatnya tidak praktis untuk penggunaan umum.
Berburu tanpa peta
Selama lebih dari seabad, fisikawan telah mencari superkonduktivitas dalam bahan yang lebih hangat. Tetapi menemukan superkonduktivitas sama seperti memukul emas: Pengalaman dan teori masa lalu mungkin memberi tahu Anda secara luas di mana mencarinya, tetapi Anda tidak akan benar-benar tahu di mana itu sampai Anda melakukan pekerjaan pengecekan yang mahal dan menghabiskan waktu.
"Anda memiliki begitu banyak bahan. Anda memiliki ruang yang luas untuk dijelajahi," kata Lilia Boeri, seorang ahli fisika di Universitas Sapienza Roma, yang mempresentasikan hasil kerja mereka setelah Hemley mengeksplorasi kemungkinan superkonduktor bahkan lebih hangat daripada LaH10, dan menjelaskan mengapa bahan seperti ini adalah superkonduktif pada tekanan ekstrem.
Pada tahun 1986, para peneliti menemukan keramik yang superkonduktif pada suhu setinggi 30 derajat di atas nol absolut, atau minus 406 derajat Fahrenheit (minus 243 derajat Celsius). Kemudian, pada 1990-an, para peneliti pertama kali melihat dengan sungguh-sungguh pada tekanan yang sangat tinggi, untuk melihat apakah mereka mungkin mengungkapkan jenis superkonduktor baru.
Tetapi pada saat itu, Boeri mengatakan kepada Live Science, masih belum ada cara yang baik untuk menentukan apakah suatu bahan akan berubah menjadi superkonduktif, atau pada suhu berapa ia akan melakukannya, sampai diuji. Akibatnya, catatan suhu kritis - suhu di mana superkonduktivitas muncul - tetap sangat rendah.
"Kerangka teoretis ada di sana, tetapi mereka tidak memiliki kemampuan untuk menggunakannya," kata Boeri.
Terobosan besar berikutnya datang pada tahun 2001, ketika para peneliti menunjukkan bahwa magnesium diboride (MgB2) superkonduktif pada 39 derajat di atas nol mutlak, atau minus 389 F (minus 234 C).
"Cukup rendah," katanya, "tetapi pada saat itu merupakan terobosan besar, karena itu menunjukkan Anda bisa memiliki superkonduktivitas dengan suhu kritis yang dua kali lebih tinggi dari apa yang sebelumnya dianggap mungkin."
Menghancurkan hidrogen
Sejak itu, perburuan superkonduktor hangat telah bergeser dalam dua cara utama: Bahan ilmuwan menyadari bahwa elemen ringan menawarkan kemungkinan menggiurkan untuk superkonduksi. Sementara itu, model komputer maju ke titik di mana para ahli teori dapat memprediksi sebelumnya dengan tepat bagaimana bahan mungkin berperilaku dalam keadaan ekstrim.
Fisikawan mulai di tempat yang jelas.
"Jadi, kamu ingin menggunakan elemen cahaya, dan elemen teringan adalah hidrogen," kata Boeri. "Tapi masalahnya adalah hidrogen itu sendiri - ini tidak dapat dibuat superkonduktor, karena ini merupakan isolator. Jadi, untuk memiliki superkonduktor, pertama-tama Anda harus membuatnya menjadi logam. Anda harus melakukan sesuatu untuk itu, dan hal terbaik yang dapat Anda lakukan memerasnya. "
Dalam kimia, logam adalah kumpulan atom yang terikat karena mereka duduk dalam sup elektron yang mengalir bebas. Sebagian besar bahan yang kita sebut logam, seperti tembaga atau besi, bersifat logam pada suhu kamar dan pada tekanan atmosfer yang nyaman. Tapi bahan lain bisa menjadi logam di lingkungan yang lebih ekstrim.
Secara teori, hidrogen adalah salah satunya. Tapi ada masalah.
"Itu membutuhkan tekanan yang jauh lebih tinggi daripada yang bisa dilakukan dengan menggunakan teknologi yang ada," kata Hemley dalam pidatonya.
Itu membuat para peneliti mencari bahan yang mengandung banyak hidrogen yang akan membentuk logam - dan, semoga, menjadi superkonduktif, dengan tekanan yang dapat dicapai.
Saat ini, kata Boeri, ahli teori yang bekerja dengan model komputer menawarkan bahan eksperimentalis yang mungkin superkonduktor. Dan para eksperimentalis memilih opsi terbaik untuk diuji.
Ada batas nilai model-model itu, kata Hemley. Tidak semua prediksi keluar di lab.
"Seseorang dapat menggunakan perhitungan dengan sangat efektif dalam pekerjaan ini, tetapi seseorang perlu melakukan itu secara kritis dan memberikan tes eksperimental pada akhirnya," katanya kepada kerumunan yang berkumpul.
Hemley dan timnya "superkonduktor suhu kamar," LaH10, tampaknya merupakan hasil yang paling menarik dari era penelitian baru ini. Hancur hingga sekitar 1 juta kali tekanan atmosfer Bumi (200 gigapascal) antara titik-titik dari dua berlian berlawanan, sampel LaH10 tampaknya menjadi superkonduktif pada 260 derajat di atas nol mutlak, atau 8 F (minus 13 C).
Percobaan lain yang dijelaskan dalam makalah yang sama menunjukkan superkonduktivitas pada 280 derajat di atas nol absolut, atau 44 F (7 C). Itu suhu ruangan yang dingin, tetapi suhu yang tidak terlalu sulit untuk dicapai.
Hemley mengakhiri ceramahnya dengan menyarankan bahwa, di ujung jalan, pekerjaan bertekanan tinggi ini dapat mengarah pada material yang superkonduktor pada suhu hangat dan tekanan normal. Mungkin suatu bahan, setelah ditekan, mungkin tetap menjadi superkonduktor setelah tekanan dilepaskan, katanya. Atau mungkin pelajaran tentang struktur kimia yang dipelajari pada suhu tinggi mungkin menunjukkan jalan ke struktur tekanan rendah superkonduktif.
Itu akan menjadi game changer, kata Boeri.
"Hal ini pada dasarnya adalah penelitian mendasar. Ia tidak memiliki aplikasi," katanya. "Tapi katakanlah kamu menghasilkan sesuatu yang bekerja pada tekanan, katakanlah, 10 kali lebih rendah dari sekarang. Ini membuka pintu ke kabel superkonduktor, hal-hal lain."
Ditanya apakah dia berharap untuk melihat superkonduktor tekanan-suhu-kamar dalam hidupnya, dia mengangguk dengan antusias.
"Pasti," katanya.
