Fisikawan di MIT telah mengamati bukti langsung superkonduktivitas tidak konvensional di grafena trilapisan yang dipelintir pada sudut ajaib, mengungkap celah energi berbentuk V yang khas. Terobosan ini menunjukkan pasangan elektron yang didorong oleh interaksi kuat daripada getaran kisi. Temuan tersebut, yang diterbitkan di Science, dapat membuka jalan bagi superkonduktor suhu kamar.
Superkonduktor memungkinkan listrik mengalir tanpa hambatan, mendukung teknologi seperti pemindai MRI dan akselerator partikel. Namun, yang konvensional memerlukan suhu sangat rendah, membatasi penggunaannya. Peneliti mencari material tidak konvensional yang mungkin beroperasi pada kondisi lebih hangat, berpotensi merevolusi jaringan energi dan komputer kuantum.
Dalam kemajuan kunci, fisikawan MIT mempelajari grafena trilapisan yang dipelintir pada sudut ajaib (MATTG), dibuat dengan menumpuk tiga lembar grafena setipis atom pada sudut presisi. Konfigurasi ini mengubah sifat material, mendorong efek kuantum. Pekerjaan sebelumnya mengisyaratkan superkonduktivitas tidak konvensional di MATTG, tetapi studi baru ini memberikan konfirmasi paling jelas hingga kini.
Tim mengukur celah superkonduktor, yang menunjukkan kekuatan keadaan superkonduktor. Berbeda dengan celah halus dan datar pada superkonduktor konvensional, celah MATTG membentuk V tajam, menandakan mekanisme berbeda. "Celah superkonduktor memberi kita petunjuk tentang jenis mekanisme yang dapat mengarah pada hal-hal seperti superkonduktor suhu kamar yang pada akhirnya akan bermanfaat bagi masyarakat manusia," kata penulis utama Shuwen Sun, mahasiswa pascasarjana di Departemen Fisika MIT.
Menggunakan pengaturan baru yang menggabungkan spektroskopi terowongan dan pengukuran transportasi listrik, peneliti mengonfirmasi celah muncul hanya pada resistansi nol, ciri khas superkonduktivitas. Saat suhu dan medan magnet berubah, bentuk V tetap ada, menunjukkan pasangan elektron yang terikat erat seperti molekul.
"Pada superkonduktor konvensional, elektron dalam pasangan ini sangat jauh satu sama lain, dan terikat lemah," jelas penulis utama Jeong Min Park, PhD '24. "Tetapi di grafena sudut ajaib, kami sudah bisa melihat tanda-tanda bahwa pasangan ini terikat sangat erat, hampir seperti molekul."
Pasangan ini kemungkinan berasal dari interaksi elektronik kuat, bukan getaran atom. Penemuan ini membangun eksperimen 2018 oleh kelompok penulis senior Pablo Jarillo-Herrero, yang meluncurkan twistronics—bidang yang mengeksplorasi material ultra-tipis yang dipelintir.
"Memahami satu superkonduktor tidak konvensional dengan baik dapat memicu pemahaman kami tentang yang lain," kata Jarillo-Herrero, Profesor Fisika Cecil and Ida Green di MIT. "Pemahaman ini dapat memandu desain superkonduktor yang bekerja pada suhu kamar, misalnya, yang semacam Cawan Suci dari seluruh bidang."
Tim berencana menerapkan teknik mereka pada material 2D lainnya, bertujuan mengungkap fase kuantum baru dan memajukan teknologi seperti sistem daya efisien dan komputasi kuantum. Penelitian ini muncul di Science (DOI: 10.1126/science.adv8376).