- Tim peneliti menembus batas kecepatan superkonduktor, menyelidiki fenomena pemisahan pasangan elektron.
- Pemecahan superkonduktor terjadi dalam satu miliar detik, memicu gangguan yang mempengaruhi superkonduktivitas.
- Tim menggunakan bahan tantalum nitrida dan yttrium barium tembaga oksida dalam eksperimen, menunjukkan perilaku superkonduktivitas yang berbeda.
- Hasil penelitian ini membantu dalam penelitian sifat superkonduktor dengan cara baru di masa depan.
Tim peneliti yang berasal dari Max Planck Institute for Structural Dynamics di Jerman, Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology di Tiongkok, ETH Zurich di Swiss, dan University of Oxford di Inggris, telah mencapai terobosan signifikan dalam menyelidiki fenomena pemisahan pasangan elektron (yang dikenal sebagai pasangan Cooper) dengan menembus "batas kecepatan" superkonduktor. Superkonduktor adalah bahan yang dapat menghantarkan listrik tanpa resistansi dan menghasilkan medan magnet saat berada di bawah suhu tertentu. Sifat unik ini memungkinkan teknologi seperti akselerator partikel dan pencitraan resonansi magnetik (MRI) dalam perangkat medis, yang terdengar seperti fiksi ilmiah satu abad yang lalu.
Meskipun kami telah berhasil mencapai keadaan superkonduktor dalam berbagai bahan, para ilmuwan menyadari kerentanan sistem ini. Peningkatan suhu atau perubahan arus dan medan magnet dapat menyebabkan bahan kehilangan keadaan superkonduktornya.
Tantangan Pemisahan Superkonduktor
Pemisahan superkonduktor, meskipun medan magnet dan arus dapat diukur, ada batas lain yang sulit diukur karena dapat memicu gangguan dalam satu miliar detik. Ini adalah batas pemisahan, di mana pasangan elektron (pasangan Cooper) akan terpisah, menyebabkan kehilangan superkonduktivitas secara instan. Karena gangguan yang disebabkan oleh melewati batas pemisahan terjadi dengan sangat cepat, para ilmuwan perlu melakukan penyelidikan lebih cepat untuk mendeteksi apakah batas ini telah dilampaui. Tim peneliti menemukan metode baru yang mirip dengan menembus batas kecepatan saat melewati batas tersebut. Superkonduktor tipe kedua digunakan secara luas dalam berbagai aplikasi, sebenarnya merupakan kompromi fisik.
Berbeda dengan superkonduktor tipe pertama yang memiliki batas magnet yang lemah, superkonduktor tipe kedua memiliki batas yang lebih tinggi, berkat medan magnet internalnya (yaitu, pusaran kuantum), yang memungkinkan arus mengalir dan mempertahankan superkonduktivitas bahkan dalam kondisi ekstrem.
Perilaku Superkonduktivitas Berbagai Bahan
Arus yang kuat dapat merobek pusaran kuantum ini dan menghasilkan resistansi dalam bahan, sehingga menghentikan superkonduktivitasnya. Oleh karena itu, tim peneliti memutuskan untuk memanfaatkan informasi ini untuk memahami lebih lanjut tentang batas pemisahan. Menembus batas kecepatan, tim menggunakan dua jenis bahan superkonduktor yang berbeda, yaitu tantalum nitrida (NbN) dan salah satu anggota keluarga yttrium barium tembaga oksida (YBCO), keduanya menunjukkan superkonduktivitas suhu tinggi. NbN memiliki simetri celah energi s-wave, sedangkan YBCO memiliki simetri celah energi d-wave, yang menentukan seberapa mudah superkonduktivitasnya dapat terputus.
Untuk melampaui proses kuantum yang terjadi dalam satu miliar detik, tim membangun sirkuit fotovoltaik dengan kecepatan yang beberapa urutan besarnya lebih tinggi daripada kecepatan gerakan pusaran kuantum. Peneliti menemukan bahwa NbN mempertahankan superkonduktivitasnya hingga arus yang diterapkan mencapai nilai kritis, kemudian tiba-tiba kehilangan superkonduktivitas. Di sisi lain, bahan YBCO kehilangan superkonduktivitasnya secara bertahap. Tim mengaitkan perbedaan ini dengan simetri celah energi dari kedua bahan, di mana celah energi NbN sama di semua arah, sementara celah energi bahan YBCO bervariasi secara signifikan, sehingga tidak dapat dimatikan sekaligus.
Perbedaan perilaku kedua bahan ini memberikan pemahaman mendasar bagi para peneliti tentang superkonduktivitas, yang pada akhirnya berkaitan dengan pasangan Cooper dan stabilitasnya. Melampaui batas kecepatan transisi bahan superkonduktor memungkinkan peneliti untuk mempelajari dan memperoleh sifat-sifat ini dengan cara baru di masa depan. Hasil penelitian telah dipublikasikan di jurnal Nature Physics.
Arah Baru dalam Penelitian Superkonduktor
Terobosan tim peneliti di bidang superkonduktor tidak hanya mengungkap kerentanan pasangan elektron, tetapi juga memberikan perspektif baru untuk penelitian bahan superkonduktor di masa depan. Gangguan cepat dari fenomena pemisahan superkonduktor menjadikan stabilitas bahan sebagai kunci, yang sangat penting untuk pengembangan aplikasi praktis seperti akselerator partikel dan perangkat medis. Melalui penelitian mendalam tentang berbagai bahan, para ilmuwan dapat lebih memahami sifat superkonduktivitas, sehingga mendorong inovasi dan aplikasi teknologi terkait.