Para peneliti di University of Houston telah membuat terobosan besar dalam superkonduktivitas dengan menetapkan rekor suhu baru untuk superkonduktor yang beroperasi pada kondisi tekanan sekitar. Kemajuan ini pada akhirnya dapat membantu menciptakan jaringan listrik yang lebih efisien, sistem penyimpanan energi yang lebih baik, elektronik yang lebih cepat, dan teknologi baru untuk energi fusi dan pencitraan medis.
Para ilmuwan dari Pusat Superkonduktivitas Texas (TcSUH) dan Departemen Fisika Universitas Houston telah mencapai suhu transisi superkonduktor (Tc) sebesar 151 Kelvin (kira-kira minus 122 derajat Celcius). Ini merupakan Tc tertinggi yang pernah tercatat untuk superkonduktor yang beroperasi pada tekanan sekitar sejak penemuan superkonduktivitas pada tahun 1911.
Temperatur transisi menandai titik dimana suatu material dapat menghantarkan listrik dengan hambatan nol. Peningkatan suhu ini telah menjadi fokus utama penelitian superkonduktivitas, karena suhu pengoperasian yang lebih tinggi dapat membuat teknologi superkonduktor menjadi lebih praktis dan terjangkau.
Temuan fisikawan Ching-Wu Chu dan Liangzi Deng dipublikasikan di Prosiding Akademi Ilmu Pengetahuan Nasional. Pendanaan untuk pekerjaan ini berasal dari Intellectual Ventures, Negara Bagian Texas melalui TcSUH, dan beberapa yayasan.
“Mengangkut listrik melintasi jaringan listrik menghabiskan sekitar 8 persen listrik,” kata Chu, profesor fisika, direktur pendiri TcSUH dan penulis utama makalah tersebut. “Jika kita menghemat energi tersebut, maka akan ada penghematan miliaran dolar dan juga menghemat banyak upaya serta mengurangi dampak terhadap lingkungan.”
Mengapa superkonduktor itu penting
Superkonduktor adalah bahan yang memungkinkan listrik mengalir tanpa hambatan. Karena tidak ada energi yang hilang sebagai panas, hal ini dapat meningkatkan efisiensi sistem tenaga secara signifikan. Para ilmuwan juga memandang superkonduktor penting untuk teknologi seperti pencitraan resonansi magnetik (MRI), reaktor fusi, teknologi kuantum, dan elektronik ultracepat.
Tantangannya adalah sebagian besar superkonduktor hanya beroperasi pada suhu yang sangat rendah, sehingga memerlukan sistem pendingin yang mahal sehingga membatasi penggunaannya secara luas.
“Setelah kita membawa material ke tekanan ambien, para ilmuwan akan lebih mudah menggunakan instrumen yang dikembangkan dengan baik untuk mempelajarinya dan mengembangkan lebih banyak teknologi untuk operasi di bawah kondisi ambien,” kata Deng, asisten profesor fisika, peneliti utama di TcSUH dan penulis utama makalah tersebut.
Rekor baru memecahkan rekor yang telah bertahan selama puluhan tahun
Para peneliti telah menghabiskan waktu puluhan tahun untuk mencari bahan superkonduktor dengan suhu transisi yang semakin tinggi.
Sebuah tonggak sejarah dicapai pada tahun 1987 ketika Chu dan kolaboratornya menemukan bahwa bahan yang dikenal sebagai YBCO dapat menjadi superkonduktor pada suhu minus 180 derajat C, atau 93 K. Penemuan ini membantu meluncurkan perlombaan global untuk mengembangkan superkonduktor suhu tinggi.
Pada tahun 1993, para ilmuwan menemukan keramik oksida tembaga berbahan merkuri yang disebut Hg1223 yang mencapai superkonduktivitas pada suhu minus 140 derajat C, atau 133 K. Bahan ini memegang rekor tekanan sekitar selama lebih dari 30 tahun.
Pencapaian baru dari University of Houston ini mendorong rekor suhu sebesar 18 derajat Celcius menjadi 151 K.
Pendinginan tekanan menciptakan superkonduktivitas yang stabil
Terobosan ini bergantung pada proses yang dikenal sebagai pressure quenching. Meskipun teknik tekanan umumnya digunakan di bidang lain, termasuk produksi berlian, metode ini relatif baru dalam penelitian superkonduktivitas.
Para peneliti pertama-tama memberikan tekanan yang sangat tinggi pada material, yang meningkatkan perilaku superkonduktor dan meningkatkan suhu transisinya. Saat masih berada di bawah tekanan, material didinginkan hingga suhu yang dipilih dengan cermat sebelum tekanan tiba-tiba dihilangkan.
Pelepasan cepat ini secara efektif mempertahankan sifat superkonduktor yang ditingkatkan, sehingga material tetap stabil bahkan setelah kembali ke kondisi tekanan normal.
“Peneliti lain telah menunjukkan bahwa superkonduktivitas dapat dicapai pada suhu kamar di bawah tekanan,” kata Chu. “Metode kami menunjukkan bahwa adalah mungkin untuk mempertahankan keadaan ini tanpa mempertahankan tekanan.”
Sebuah langkah menuju superkonduktor suhu kamar
Meskipun superkonduktivitas pada suhu dan tekanan kamar masih sulit dipahami, para peneliti mengatakan rekor baru ini merupakan langkah penting menuju tujuan tersebut. Suhu lingkungan sekitar 300 K, menyisakan selisih sekitar 140 derajat C dari rekor baru yang dicapai.
“Penemuan ini mempunyai potensi besar,” kata Chu. “Kami percaya bahwa dengan cukup banyak orang yang mengerjakannya dan waktu yang cukup, kami akan mampu mewujudkan potensinya.”
Chu dan Deng juga berkontribusi pada makalah perspektif pendamping yang didanai oleh Intellectual Ventures dan diterbitkan di PNAS. Artikel ini membahas enam pendekatan berbeda yang dapat digunakan para peneliti untuk lebih meningkatkan suhu superkonduktor, termasuk pendinginan tekanan.
“Superkonduktivitas pada suhu ruangan telah dianggap sebagai Cawan Suci oleh para ilmuwan selama lebih dari satu abad,” kata Rohit Prasankumar, direktur penelitian superkonduktivitas di Intellectual Ventures. Namun, jarak antara rekor baru yang dibuat dalam penelitian ini dan suhu ruangan masih sekitar 140 derajat Celcius. Menutup kesenjangan ini memerlukan upaya terpadu dan disengaja dari komunitas ilmiah yang lebih luas, termasuk ilmuwan material, ahli kimia dan insinyur, serta fisikawan.
