Peneliti di Universitas Penn State telah menciptakan pendekatan komputasi baru untuk mengidentifikasi material yang bisa menunjukkan superkonduktivitas pada suhu lebih tinggi, berpotensi merevolusi transmisi energi. Metode ini mengintegrasikan teori klasik dengan mekanika kuantum menggunakan teori zentropy. Terobosan ini bertujuan mengatasi keterbatasan superkonduktor saat ini yang memerlukan suhu sangat rendah.
Superkonduktor, material yang menghantarkan listrik dengan resistansi nol, menjanjikan kemajuan besar untuk sistem daya efisien tetapi terhambat oleh kebutuhan kondisi kriogenik. Tim yang dipimpin oleh Zi-Kui Liu, profesor ilmu material dan teknik di Penn State, telah mengembangkan model untuk memprediksi superkonduktivitas pada material yang mungkin beroperasi pada suhu mendekati suhu kamar. Didukung oleh program Basic Energy Sciences Departemen Energi AS, penelitian ini menghubungkan teori Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS)—yang menjelaskan superkonduktivitas suhu rendah melalui pasangan elektron via fonon—dengan teori fungsi densitas (DFT), alat berbasis mekanika kuantum untuk memodelkan perilaku elektron.
Inovasi terletak pada teori zentropy, yang menggabungkan mekanika statistik, fisika kuantum, dan pemodelan komputasi untuk menghubungkan struktur elektronik material dengan sifat-sifatnya yang bergantung pada suhu. Ini memungkinkan prediksi suhu kritis di mana superkonduktivitas muncul atau gagal. "Tujuan kami selalu untuk meningkatkan suhu di mana superkonduktivitas bertahan," kata Liu. "Tapi pertama-tama, kami perlu memahami bagaimana superkonduktivitas terjadi secara tepat, dan itulah di mana pekerjaan kami berperan."
Menggunakan pendekatan ini, tim berhasil meramalkan perilaku superkonduktor pada material suhu rendah konvensional dan yang suhu tinggi, termasuk kasus yang tidak dijelaskan oleh teori BCS tradisional. Mereka juga mengidentifikasi potensi superkonduktivitas pada logam seperti tembaga, perak, dan emas, meskipun hanya pada suhu sangat rendah. Liu menyamakan proses ini dengan menciptakan "jalan tol super khusus untuk elektron," di mana elektron berpasangan bergerak tanpa resistansi, mirip dengan Autobahn.
Studi tersebut, yang ditulis bersama oleh profesor peneliti Shun-Li Shang, diterbitkan di Superconductor Science and Technology (2025; 38(7): 075021). Selanjutnya, para peneliti berencana mengeksplorasi efek tekanan pada superkonduktivitas dan menyaring database lima juta material untuk kandidat baru. "Kami tidak hanya menjelaskan apa yang sudah diketahui," tambah Liu. "Kami membangun kerangka untuk menemukan sesuatu yang benar-benar baru." Jika terealisasi, superkonduktor suhu kamar bisa mengubah teknologi energi global dengan memungkinkan transmisi listrik tanpa kehilangan.