Jika Anda berpikir teknologi dari Star Trek sepertinya tidak masuk akal, pikirkan lagi. Banyak perangkat dari serial televisi yang terkenal itu perlahan menjadi kenyataan. Meskipun kita mungkin tidak melakukan teleportasi orang-orang dari kapal selam ke permukaan planet dalam waktu dekat, kita semakin dekat untuk mengembangkan alat lain yang penting untuk upaya perjalanan di masa depan.
Saya adalah penggemar Star Trek seumur hidup, tapi saya juga seorang peneliti yang mengkhususkan diri dalam menciptakan bahan magnetik baru. Bidang fisika benda-benda kental mencakup semua fase materi padat dan cair yang baru, dan studinya telah menghasilkan hampir semua kemajuan teknologi abad yang lalu, mulai dari komputer hingga ponsel hingga sel surya.
Pendekatan saya untuk mencari fenomena baru dalam materi berasal dari perspektif kimia: Bagaimana kita bisa menciptakan bahan yang memiliki sifat baru yang bisa mengubah dunia kita, dan akhirnya bisa digunakan untuk mengeksplorasi “dunia baru yang unik”? Saya percaya bahwa pemahaman tentang apa yang disebut “bahan kuantum” khususnya sangat penting untuk membuat fakta sains fiksi ilmiah.
Bahan kuantum
Apa yang membuat zat menjadi bahan kuantum? Bahan kuantum memiliki sifat yang tidak biasa dan fantastis yang timbul dari sejumlah besar partikel yang bekerja secara terpadu.
Pikirkan sebuah konduktor yang mengarahkan sebuah simfoni: tanpa beberapa perintah yang dihadirkan ke dalam musik, yang Anda miliki hanyalah suara berisik. Semakin banyak musisi yang telah Anda dengarkan, semakin banyak suara yang akan Anda dapatkan.
Bahan kuantum memiliki semua pemusik konstituen – dalam hal ini, elektron atau atom dalam material, yang berjumlah bermilyar milyar partikel – bertindak dengan cara tertentu sesuai dengan peraturan kuantum, atau “lembaran musik”, jika Anda setuju.
Alih-alih suara dari gerakan elektronik dan atom acak, dengan konduktor Anda mendapatkan musik -atau dalam kasus bahan baru, properti baru yang muncul. Penggunaan properti baru untuk perangkat inilah yang mendorong revolusi teknologi yang kita lihat sekarang.
Medan magnetis dan perisai
Lantas, bagaimana bahan baru ini bisa digunakan di pesawat luar angkasa kelak? Salah satu contohnya adalah perisai gaya yang melindungi kapal di Star Trek. Medan magnet tinggi bisa digunakan untuk melindungi tubuh dari proyektil yang masuk, terutama jika proyektil memiliki muatan listrik.
Bagaimana Anda menciptakan medan magnet yang besar? Salah satunya adalah dengan menggunakan magnet superkonduktor. Superkonduktor memiliki elektron yang melakukan listrik tanpa hambatan untuk mengalir. Salah satu konsekuensi dari ini adalah bahwa medan magnet besar dapat dihasilkan – arus yang didukung oleh superkonduktor yang menghasilkan medan magnet bisa sangat besar tanpa menghancurkan superkonduktivitas itu sendiri.
Superkonduktor ini digunakan setiap hari untuk menciptakan medan magnet besar di tempat-tempat seperti rumah sakit untuk perangkat MRI (magnetic resonance imaging) untuk dilihat di dalam tubuh.
Superkonduktor maju mungkin memiliki aplikasi baru sebagai perisai magnetik untuk pesawat ruang angkasa. Bayangkan pesawat ruang angkasa Anda dilapisi dalam superkonduktor yang bisa menghasilkan medan magnet besar dengan sedikit sentuhan untuk mendapatkan arus yang mengalir, menciptakan perisai gaya magnetis.
Inilah yang oleh ilmuwan di Organisasi Eropa untuk Riset Nuklir, CERN, sedang menyelidiki: perisai magnetik baru untuk pesawat ruang angkasa – mengandung magnesium diboride, atau MgBâ‚‚.
Superkonduktor di pesawat ruang angkasa
Sebuah pesawat ruang angkasa yang dilapisi magnet superkonduktor akan menghasilkan “magnetosfer” di sekitar pesawat yang bisa digunakan untuk menangkis proyektil berbahaya. Sementara kita tidak perlu khawatir dulu dengan torpedo Klingon, kita harus khawatir tentang sinar kosmik yang berbahaya di luar angkasa untuk perjalanan angkasa masa depan.
Sinar kosmik biasanya berisi partikel yang dapat mengganggu elektronik pesawat ruang angkasa, dan yang lebih penting, memberi astronot dosis mematikan radiasi selama penerbangan antariksa yang panjang.
Melindungi wahana antariksa masa depan dari sinar ini sangat penting untuk masa depan program luar angkasa manapun, termasuk perjalanan ke Mars dalam beberapa dekade mendatang. Dan siapa tahu, dengan perisai magnet superkonduktor Anda mungkin bisa lolos dari serangan Romulan di perjalanan.
Rintangan teknis
Memang sulit, bagaimanapun juga. Superkonduktor tidak bekerja pada suhu tinggi dan tidak ada superkonduktor suhu kamar. Di atas suhu tertentu yang disebut “suhu kritis,” superkonduktor menjadi “normal” dan elektron mengalami hambatan untuk mengalir kembali. Untuk magnesium diboride, ini terjadi pada suhu yang sangat dingin-sekitar -248 ℃. Ini sebenarnya baik untuk ruang antar bintang dimana suhu latar belakang jauh lebih dingin -270 ℃ atau lebih tapi tidak kondusif bagi wahana ruang angkasa yang mengunjungi planet lain yang lebih hangat.
Ilmuwan seperti saya sedang mencari “superkonduktor suhu kamar” yang memungkinkan perisai ini bekerja pada suhu yang jauh lebih tinggi. Ini juga akan memungkinkan kemajuan baru ke masyarakat seperti perawatan kesehatan yang lebih murah, misalnya, karena orang tidak memerlukan suhu rendah untuk instrumen MRI untuk bekerja.
Namun, superkonduktivitas suhu tinggi telah menjadi misteri selama beberapa dekade, dan kemajuannya lambat secara bertahap. Sebagai seseorang yang bekerja di perbatasan antara fisika dan kimia, saya percaya bahwa jawabannya akan ditemukan dalam penemuan materi baru. Secara historis, di sinilah kemajuan telah dibuat untuk menaikkan suhu kritis ke titik di atas titik didih nitrogen cair -196 ℃.
Superkonduktor ini akan sangat bagus untuk digunakan sebagai perisai magnetik jika Anda menjelajahi banyak area galaksi. Tapi mereka tidak akan bekerja di planet yang lebih hangat seperti Mars tanpa jumlah cryogen yang signifikan untuk menjaga magnet tetap dingin.
Komputer kuantum dan revolusi masyarakat
Teknologi superkonduktor juga akan memiliki berbagai kegunaan lain di kapal luar angkasa. Komputer kuantum dapat melakukan operasi dengan kecepatan lebih cepat daripada komputer konvensional, dan niscaya akan digunakan pada kapal luar angkasa modern. Perlu mengirim pesan terenkripsi ke Starfleet? Jika Klingon memiliki komputer kuantum, mereka mungkin bisa mencegat dan meretas pesan Anda, jadi sebaiknya Anda memastikan bahwa Anda memahami teknologinya.
Dan sistem listrik superkonduktor secara alami akan digunakan untuk perangkat yang paling efisien, mulai dari mesin kapal terbang hingga tricorders yang digunakan dalam misi jauh. Munculnya superkonduktor suhu ruangan akan memicu transformasi masyarakat kita yang akan menyaingi era silikon elektronik modern. Penemuan mereka merupakan rintangan penting yang harus dilewati untuk bagian selanjutnya dari evolusi kita sebagai spesies ke zaman teknologi baru.
Akan sangat masuk akal untuk melanjutkan pencarian kita untuk superkonduktor suhu kamar. Kalau saja kita bisa membuatnya begitu. Materi kuantum menawarkan dunia penemuan baru yang unik dan mungkin yang paling menarik adalah teknologi yang belum kita temukan – yang akan mengeksploitasi efek kuantum dalam skala yang dapat dilihat dengan mudah oleh manusia.
Profesor dan Ketua Riset Kanada di Quantum Materials Discovery, Universitas Winnipeg
