Salah satu tujuan akhir fisika modern adalah untuk membuka kekuatan superkonduktivitas, di mana listrik mengalir dengan nol perlawanan pada suhu kamar.
Kemajuannya termasuk lambat, tetapi fisikawan baru saja membuat terobosan tak terduga. Mereka telah menemukan superkonduktor yang bekerja dengan cara yang belum pernah ada sebelumnya – dan ini membuka pintu ke seluruh dunia kemungkinan yang tidak dipertimbangkan sampai sekarang.
Dengan kata lain, mereka telah mengidentifikasi jenis superkonduktivitas baru.
Kenapa itu penting? Nah, ketika listrik biasanya mengalir melalui material – misalnya, cara berjalan melalui kabel di dinding ketika kita menyalakan lampu – itu cepat, tetapi ternyata tidak efektif.
Listrik dibawa oleh elektron, yang menabrak atom dalam materi di sepanjang jalan, kehilangan sebagian energi mereka setiap kali mereka memiliki salah satu tabrakan ini. Dikenal sebagai resistensi, itulah alasan mengapa jaringan listrik kehilangan hingga 7 persen dari listrik mereka.
Tetapi ketika beberapa bahan dingin untuk suhu yang sangat dingin, sesuatu yang lain terjadi – elektron berpasangan, dan mulai mengalir teratur tanpa hambatan.
Ini dikenal sebagai superkonduktivitas, dan memiliki potensi luar biasa untuk merevolusi dunia kita, membuat elektronik kita jauh lebih efisien.
Kabar baiknya adalah kita telah menemukan fenomena dalam banyak materi sejauh ini. Bahkan, superkonduktivitas sudah digunakan untuk menciptakan medan magnet yang kuat di mesin MRI dan kereta maglev.
Kabar buruknya adalah bahwa saat ini membutuhkan peralatan yang mahal dan besar untuk menjaga superkonduktor cukup dingin untuk mencapai fenomena ini – sehingga tetap tidak praktis untuk penggunaan yang lebih luas.
Sekarang para peneliti yang dipimpin oleh Universitas Maryland telah mengamati tipe superkonduktivitas baru ketika memeriksa bahan eksotis pada suhu super dingin.
Tidak hanya jenis superkonduktivitas ini yang muncul dalam materi yang tidak terduga, fenomena itu tampaknya benar-benar bergantung pada interaksi elektron yang sangat berbeda dari pasangan yang kita lihat hingga saat ini. Dan itu artinya kita tidak tahu potensi apa yang mungkin dimiliki.
Untuk memahami perbedaannya, Anda perlu mengetahui bahwa cara elektron berinteraksi didikte oleh properti kuantum yang disebut spin.
Dalam superkonduktor biasa, elektron membawa spin yang disebut sebagai 1/2.
Namun dalam materi khusus ini, yang dikenal sebagai YPtBi, tim menemukan bahwa sesuatu yang lain sedang terjadi – elektron tampaknya memiliki putaran 3/2.
“Tidak ada yang benar-benar berpikir bahwa ini mungkin dalam materi padat,” jelas fisikawan dan penulis senior Johnpierre Paglione.
“Keadaan spin-tinggi dalam atom-atom individual adalah mungkin tetapi sekali Anda menempatkan atom-atom itu bersama-sama dalam bentuk padat, keadaan ini biasanya pecah dan Anda berakhir dengan putaran satu setengah.”
YPtBi pertama kali ditemukan sebagai superkonduktor beberapa tahun yang lalu, dan itu sendiri merupakan kejutan, karena materi tidak benar-benar cocok dengan salah satu kriteria utama – menjadi konduktor yang relatif baik, dengan banyak elektron seluler, di suhu normal.
Menurut teori konvensional, YPtBi akan membutuhkan sekitar seribu kali lebih banyak elektron seluler untuk menjadi superkonduktor pada suhu di bawah -272,35 derajat celcius.
Tetapi ketika para peneliti mendinginkan materialnya, mereka melihat superkonduktivitas terjadi.
Untuk mengetahui apa yang sedang terjadi, studi terbaru melihat pada cara bahan berinteraksi dengan medan magnet untuk mendapatkan rasa persis apa yang sedang terjadi di dalam.
Biasanya sebagai bahan mengalami transisi ke superkonduktor, ia akan mencoba untuk mengeluarkan medan magnet tambahan dari permukaannya – tetapi medan magnet masih bisa masuk dekat, sebelum dengan cepat membusuk. Seberapa jauh mereka menembus tergantung pada sifat pasangan elektron yang terjadi di dalam.
Tim menggunakan kumparan tembaga untuk mendeteksi perubahan sifat magnetik YPtBi ketika mereka mengubah suhunya.
Apa yang mereka temukan aneh – karena materialnya menghangat dari nol mutlak, jumlah yang bisa ditembus oleh medan magnet meningkat secara linier, bukan secara eksponensial, yang biasanya terlihat dengan superkonduktor.
Setelah menjalankan serangkaian pengukuran dan perhitungan, yang diteliti menyimpulkan bahwa penjelasan terbaik untuk apa yang terjadi adalah bahwa elektron harus disamarkan sebagai partikel dengan spin yang lebih tinggi – sesuatu yang bahkan tidak dianggap sebagai kemungkinan untuk superkonduktor sebelumnya.
Sementara ini jenis superkonduktivitas baru masih membutuhkan suhu yang sangat dingin untuk saat ini, penemuan ini memberikan seluruh bidang arah baru.
“Kami dulu terbatas pada pasangan dengan spin setengah partikel,” kata penulis utama, Hyunsoo Kim.
“Tetapi jika kita mulai mempertimbangkan putaran yang lebih tinggi, maka lanskap penelitian superkonduktor ini meluas dan menjadi lebih menarik.”
Ini hari-hari yang sangat awal, dan masih banyak yang harus kita pelajari tentang apa yang sebenarnya terjadi di sini.
Tetapi fakta bahwa kita memiliki jenis superkonduktivitas baru untuk menguji dan mengukur, menambahkan terobosan baru yang keren ke 100 tahun dari jenis penelitian ini, cukup menarik.
“Ketika Anda memiliki pasangan berpasir tinggi ini, lem apa yang menahan pasangan ini bersama-sama?” kata Paglione.
“Ada beberapa ide tentang apa yang mungkin terjadi, tetapi pertanyaan-pertanyaan mendasar tetap-yang membuatnya bahkan lebih menarik.”
