Para insinyur di Universitas Stanford menemukan bahwa titanate stronsium, bahan umum, menunjukkan sifat optik dan mekanik unggul pada suhu kriogenik dekat nol absolut. Terobosan ini dapat memajukan komputasi kuantum, laser, dan eksplorasi luar angkasa dengan memungkinkan perangkat berkinerja tinggi di dingin ekstrem. Temuan, yang diterbitkan di Science, menyoroti kemampuan nonlinier dan piezoelektrik bahan tersebut yang mengungguli alternatif yang ada.
Titanate stronsium (STO) selama ini diabaikan sebagai zat yang murah dan melimpah, sering digunakan sebagai pengganti berlian dalam perhiasan atau substrat untuk bahan lain. Namun, penelitian baru dari Universitas Stanford mengungkap kinerja luar biasanya di bawah kondisi kriogenik, menentang ekspektasi untuk sebagian besar bahan yang melemah dekat nol absolut.
Dalam studi yang diterbitkan di Science pada 8 November 2025 (volume 390, isu 6771, halaman 394; DOI: 10.1126/science.adx8657), peneliti menguji STO pada 5 Kelvin (-450°F). Respons optik nonlinearnya terbukti 20 kali lebih besar daripada niobat litium, bahan optik nonlinear terkemuka, dan hampir tiga kali lipat dari titanate barium, patokan kriogenik sebelumnya. "Titanate stronsium memiliki efek elektro-optik 40 kali lebih kuat daripada bahan elektro-optik yang paling banyak digunakan saat ini. Tapi itu juga bekerja pada suhu kriogenik, yang bermanfaat untuk membangun transduser kuantum dan saklar yang merupakan bottleneck saat ini dalam teknologi kuantum," kata penulis senior Jelena Vuckovic, profesor teknik listrik di Stanford.
Efek elektro-optik bahan tersebut memungkinkan pergeseran dramatis dalam frekuensi, intensitas, fase, dan arah cahaya ketika medan listrik diterapkan. Sebagai zat piezoelektrik, STO mengembang dan menyusut sebagai respons terhadap medan listrik, menjadikannya cocok untuk komponen elektromekanis di vakum ruang angkasa atau sistem bahan bakar roket. "Pada suhu rendah, titanate stronsium bukan hanya bahan optik yang paling dapat disetel secara listrik yang kita ketahui, tapi juga bahan yang paling dapat disetel secara piezoelektrik," catat penulis pertama bersama Christopher Anderson, yang sekarang di Universitas Illinois, Urbana-Champaign.
Untuk meningkatkan keteraturan, tim mengganti atom oksigen dengan isotop yang lebih berat, menambahkan dua neutron ke tepat 33 persen darinya, meningkatkan kinerja dengan faktor empat dan mendekati kritisitas kuantum. "STO tidak terlalu istimewa. Itu tidak langka. Itu tidak mahal," tambah penulis pertama bersama Giovanni Scuri, seorang sarjana pascadoktor di lab Vuckovic.
Didanai sebagian oleh Samsung Electronics dan divisi komputasi kuantum Google, penelitian ini membuka jalan untuk fabrikasi skala wafer perangkat kriogenik seperti saklar kuantum berbasis laser. Kontributor termasuk Aaron Chan dan Lu Li dari Universitas Michigan, bersama dengan Sungjun Eun, Alexander D. White, Geun Ho Ahn, Amir Safavi-Naeini, Kasper Van Gasse, dan Christine Jilly dari Stanford Nano Shared Facilities. Tim bertujuan untuk mengembangkan perangkat yang sepenuhnya fungsional berdasarkan sifat STO.