Sebuah eksperimen mendukung keberadaan superkonduktor jenis baru

Sebuah tim yang dipimpin Yale telah menemukan bukti terkuat untuk bahan superkonduktor jenis baru, sebuah terobosan ilmiah mendasar yang dapat membuka pintu untuk mencapai superkonduktivitas (aliran arus listrik tanpa kehilangan energi) dengan cara baru.

Penemuan ini juga memberikan dukungan nyata bagi teori lama tentang superkonduktivitas: bahwa superkonduktivitas dapat didasarkan pada nematisitas elektronik, suatu fase materi di mana partikel merusak simetri rotasinya.

Inilah artinya. Dalam kristal besi selenida bercampur dengan belerang, atom besi Mereka ditempatkan di grid. Pada suhu kamar, elektron dalam atom besi tidak dapat membedakan arah horizontal dan vertikal. Namun pada suhu yang lebih rendah, elektron dapat memasuki fase “nematik”, di mana ia mulai lebih memilih untuk bergerak ke satu arah atau lainnya.

Dalam beberapa kasus, elektron mungkin mulai berfluktuasi antara memilih satu arah dan kemudian yang lain. Ini disebut fluktuasi nematik.

Selama beberapa dekade, fisikawan telah mencoba menunjukkan keberadaan superkonduktivitas akibat fluktuasi nematik, namun tidak berhasil. Namun studi baru, sebuah upaya multi-institusi yang dipimpin oleh Eduardo H. da Silva Neto dari Yale, cukup menjanjikan.

Dia rekomendasi muncul di majalah Fisika alam.

“Kami memulai dengan firasat bahwa sesuatu yang menarik sedang terjadi pada bahan besi selenida tertentu yang dicampur dengan belerang, terkait dengan hubungan antara superkonduktivitas dan fluktuasi nematik,” kata da Silva Neto, asisten profesor fisika di Sekolah Tinggi Seni dan Sains Yale . dan anggota Institut Ilmu Energi Kampus Yale West.

“Bahan-bahan ini ideal karena menunjukkan tatanan nematik dan superkonduktivitas tanpa beberapa kelemahan, seperti magnet, yang dapat membuatnya sulit untuk dipelajari,” kata da Silva Neto. “Anda dapat memisahkan magnetisme dari persamaannya.”

Tapi itu tidak mudah. Untuk penelitian ini, para peneliti mendinginkan bahan berbasis besi hingga suhu kurang dari 500 mikelvin selama beberapa hari. Untuk melacak materi, mereka menggunakan a mikroskop terowongan (STM), yang menggambarkan keadaan kuantum elektron pada tingkat atom.

Memfokuskan studi mereka pada selenida besi dengan fluktuasi nematik maksimum, para peneliti mencari “celah superkonduktor,” sebuah indikator yang mapan mengenai keberadaan dan kekuatan superkonduktivitas. Gambar STM memungkinkan para peneliti menemukan celah yang sama persis dengan superkonduktivitas yang disebabkan oleh nematisitas elektronik.

“Hal ini sulit untuk dibuktikan, karena Anda harus melakukan pengukuran STM yang menantang pada suhu yang sangat rendah untuk dapat mengukur kesenjangan secara akurat,” kata da Silva Neto. “Langkah selanjutnya adalah melihat lebih dekat lagi. Jika kandungan sulfur terus kita tingkatkan, apa jadinya superkonduktivitas? Apakah dia akan mati? Akankah fluktuasi putaran kembali? Beberapa pertanyaan muncul yang akan kita bahas di bawah ini.”

Penulis utama penelitian ini adalah mahasiswa pascasarjana Yale, Pranab Kumar Nag dan Kirsty Scott. Rekan penulis Yale lainnya termasuk Xinze Yang dan Aaron Greenberg, serta peneliti di University of California, Davis; Universitas Minnesota; Universidade Federal de Goiás di Brasil; Universitas Campinas di Brasil; dan Universitas Fairfield.