Mencapai superkonduktivitas lapis demi lapis

Graphene adalah bahan yang eksotis. Memahami sifat mereka adalah pertanyaan mendasar sains dan jalan yang menjanjikan untuk teknologi baru. Sebuah tim peneliti dari Institute of Science and Technology Austria (ISTA) dan Weizmann Institute of Science mempelajari apa yang terjadi ketika mereka melapisi empat lapisan di atas satu sama lain dan bagaimana hal ini dapat mengarah pada bentuk baru superkonduktivitas eksotis.

Bayangkan selembar materi setebal hanya satu lapisan atom – kurang dari sepersejuta milimeter. Meskipun ini terdengar mewah, bahan ini memang ada: disebut graphene dan terbuat dari atom karbon dalam susunan sarang lebah. Ini pertama kali disintesis pada tahun 2004 dan kemudian dengan cepat dipuji sebagai zat dengan sifat luar biasa, yang masih dipahami oleh para ilmuwan. Postdocs Areej Ghazerian dan Profesor Maksim Serpin di Institut Sains dan Teknologi Austria (ISTA) bersama rekannya Dr. Tobias Holder dan Profesor Erez Berg dari Institut Sains Weizmann di Israel telah mempelajari graphene selama bertahun-tahun dan sekarang telah menerbitkan temuan terbaru mereka tentang sifat superkonduktornya dalam makalah penelitian di Physical Review B.

“Grafena multilayer memiliki banyak kualitas yang menjanjikan mulai dari struktur pita yang dapat disetel secara luas dan sifat optik khusus hingga bentuk superkonduktivitas baru – yang berarti kemampuan untuk menghantarkan arus listrik tanpa hambatan,” jelas Ghazarian. “Dalam model teoretis kami, kami melanjutkan pekerjaan kami pada graphene multilayer dan menyelidiki berbagai kemungkinan pengaturan lembaran graphene yang berbeda di atas satu sama lain. Di sana, kami telah menemukan kemungkinan baru untuk menciptakan apa yang disebut superkonduktor topologi.” Dalam studi mereka, para peneliti mensimulasikan apa yang terjadi pada komputer ketika Anda menumpuk beberapa lapis lembaran graphene di atas satu sama lain dengan cara tertentu.

kontes kecantikan elektronik

“Ini seperti kontes kecantikan besar antara konfigurasi berbeda dari lembaran graphene bertumpuk untuk menemukan yang terbaik,” tambah Serbin. “Di dalamnya, kami menyelidiki bagaimana elektron bergerak berperilaku dalam graphene berlapis.” Bergantung pada bagaimana lapisan graphene yang berbeda diimbangi satu sama lain dan pada berapa banyak lapisan yang ada, inti atom karbon bermuatan positif dalam kisi sarang lebah menciptakan lingkungan yang berbeda untuk elektron di sekitarnya. Inti elektron bermuatan negatif tertarik dan ditolak satu sama lain. Kami mulai dengan memeriksa model dunia nyata dengan melihat interaksi hanya satu elektron dengan inti graphene. Begitu kami menemukan pendekatan yang menjanjikan, kami menambahkan interaksi yang lebih kompleks antara banyak elektron,” jelas Ghazarian. Dengan pendekatan ini, para peneliti mengkonfirmasi terjadinya bentuk aneh dari superkonduktivitas topologi.

Mencari pemandangan alam

Jenis penelitian teoretis ini meletakkan dasar untuk percobaan masa depan yang akan membuat sistem simulasi graphene di laboratorium untuk melihat apakah mereka benar-benar berperilaku seperti yang diharapkan. “Pekerjaan kami membantu peneliti merancang pengaturan baru tanpa harus mencoba setiap konfigurasi lapisan graphene,” kata Ghazarian. “Sekarang, penelitian teoretis akan berlanjut sementara eksperimen akan memberi kita pengamatan dari alam.”

Sementara graphene perlahan-lahan menemukan aplikasi dalam penelitian dan teknologi – misalnya sebagai tabung nano karbon – potensinya sebagai superkonduktor listrik topologi baru mulai dipahami. Serpin menambahkan, “Kami berharap suatu hari nanti kami akan dapat sepenuhnya mendeskripsikan jenis material ini pada tingkat mekanika kuantum, baik untuk nilai inheren penelitian ilmiah ke dalam sifat dasar material dan untuk banyak aplikasi potensial graphene.”