Superkonduktivitas Thorium: Para Ilmuwan Menemukan Suhu Kristis Superkondukor Yang Lebih Tinggi Dari Sebelumnya


Abstrak: Sekelompok ilmuwan yang dipimpin oleh Artem Oganov dari Skoltech Institut Fisika dan Teknologi Moskow, dan Ivan Troyan dari Institut Kristalografi RAS telah berhasil mensintesis thorium decahydride (ThH10) yang merupakan bahan superkonduktor baru dengan suhu kritis yang sangat tinggi yaitu sebesar 161 kelvin. Penelitian mereka didukung dan mendapatkan dana riset dari Yayasan Sains Rusia, dan hasil risetnya telah diterbitkan di jurnal Materials Today.


Sifat atau properti yang benar-benar luar biasa dari bahan superkonduktor adalah hilangnya resistansi atau hambatan listrik sepenuhnya di bawah kondisi yang cukup spesifik dan tidak memiliki disipasi daya listrik. Terlepas dari potensi luar biasa untuk diaplikasikan sebagai komputer kuantum dan detektor sensitivitas tinggi, penerapan superkonduktor terhambat karena kenyataannya bahwa sifat luar biasa yang dimilikinya terkendala pada bagian suhu optimasi bahan superkonduktor ini dapat bekerja. Sifat material superkonduktor hanya dapat bekerja pada suhu yang sangat rendah dan dibawah pengaruh tekanan yang sangat tinggi. Hal inilah yang menyebabkan pengaplikasiannya tidak dapat dilakukan di benua yang beriklim tropis atau panas.

Struktur kristal thorium decahydride (ThH10), (Dmytry Semenok et. al, Materials Today 2019)
Hingga sampai saat ini, dari daftar material superkonduktor, material mercury-containing cuprate yang memiliki suhu kritis sebesar 135 kelvin, atau -138 derajat Celcius. Tahun ini, lanthanum decahydride (LaH10), menetapkan rekor baru yang mengalami peningkatan yang sangat drastis yaitu dengan suhu kritis −13 derajat Celcius. Suhu sebesar ini semakin dekat dengan tujuan imrovisasi material superkonduktor yaitu harapnnya bahan ini dapat bekerja pada suhu kamar. Sayangnya, bahan superkonduktor LaH10 tersebut membutuhkan tekanan sebesar hampir 2 juta atmosfer dan tentunya sangat sulit dipertahankan dalam penerapannya di kehidupan nyata. Karena itu para ilmuwan melanjutkan pencarian mereka untuk bahan superkonduktor yang mempertahankan sifat-sifatnya pada kondisi standar.

Pada tahun 2018, Alexander Kvashnin, seorang peneliti dari laboratorium Oganov, mengusulkan material baru yaitu thorium polyhydride atau ThH10 dengan suhu kritis −32 derajat Celcius yang stabil di bawah tekanan 1 juta atmosfer. Dalam sebuah studi baru-baru ini, para peneliti dari Skoltech, MIPT, the Institute of Crystallography and Lebedev Institute of Physics of the Russian Academy of Sciences (RAS) telah berhasil memperoleh ThH10 dan mempelajari sifat transport dan superkonduktivitasnya.

Temuan tim ini makin menguatkan prediksi teoritis dan membuktikan bahwa ThH10 dapat diproduksi pada tekanan sebesar 0,85 juta atmosfer dan menunjukkan superkonduktivitas suhu tinggi yang luar biasa. Akan tetapi para ilmuwan hanya bisa menentukan suhu kritis pada tekanan 0,7 juta atmosfer dan mendapatkan suhu kritis menjadi -112 derajat Celcius yang nilainya dapat konsisten dengan prediksi teoritis untuk nilai tekanan tersebut. hal inilah yang menjadikan ThH10 manjadi salah satu bahan superkonduktor suhu tinggi yang memecahkan rekor.

"Teori modern khususnya metode USPEX yang saya kembangkan dengan mahasiswa saya, sekali lagi menunjukkan prediksi yang luar biasa dari material tersebut," kata Artem Oganov seorang Profesor MIPT, yang ikut memimpin penelitian ini. "ThH10 mendorong batas-batas kimia klasik dan memiliki sifat unik yang dapat diprediksi secara teoritis dan baru-baru ini dikonfirmasi melalui eksperimen. Terutama, hasil eksperimen yang diperoleh dari laboratorium Ivan Troyan yang berkualitas sangat tinggi."

"Kami menemukan bahwa superkonduktivitas yang diprediksi dalam teori memang terdapat pada -112 derajat Celcius dengan tekanan sebesar 0,7 juta atmosfer," tambah rekan riset studi Ivan Troyan. "Mengingat konsistensi yang kuat antara teori dan eksperimen, akan menjadi lebih menarik jika kami memeriksa apakah ThH10 akan menunjukkan superkonduktivitas pada suhu kritis -30 sampai -40 derajat Celcius, dan apakah tekanan yang ddapat diberikan lebih rendah seperti yang diperkirakan."

"Thorium hidrida hanyalah salah satu elemen dalam kelas superkonduktor hidrida yang besar dan berkembang pesat," kata penulis pertama studi tersebut, mahasiswa Dmitrii Semenok Ph.D dari Skoltech. "Saya percaya bahwa di tahun-tahun mendatang, superkonduktivitas hidrida akan berkembang di luar jangkauan cryogenic untuk menemukan aplikasi dalam desain perangkat elektronik." lanjut Dmitrii Semenok



Jurnal Referensi
Dmitry V. Semenok et al. Superconductivity at 161 K in thorium hydride ThH10: Synthesis and properties, Materials Today (2019). DOI: 10.1016/j.mattod.2019.10.005

Sumber berita: