Bahan-bahan tersebut memiliki potensi penerapan dalam sirkuit superkonduktor untuk elektronik industri generasi mendatang.

Para peneliti menggunakan sumber foton canggih untuk menyelidiki sifat langka material ini, sehingga membuka jalan bagi komputasi yang lebih efisien dalam skala besar.

Seiring dengan meningkatnya kebutuhan komputasi industri, ukuran dan konsumsi daya perangkat keras yang diperlukan untuk memenuhi kebutuhan tersebut juga meningkat. Solusi potensial terhadap dilema ini dapat ditemukan pada material superkonduktor, yang dapat mengurangi konsumsi energi secara signifikan. Bayangkan mendinginkan pusat data raksasa yang penuh dengan server yang berjalan hampir terus-menerus Nol mutlakmemungkinkan penghitungan skala besar dilakukan dengan efisiensi energi yang luar biasa.

Terobosan dalam penelitian superkonduktivitas

Fisikawan di Universitas Washington dan Laboratorium Nasional Argonne Departemen Energi AS telah membuat penemuan yang dapat membantu mewujudkan masa depan yang lebih efisien. Para peneliti telah menemukan bahan superkonduktor yang secara unik sensitif terhadap rangsangan eksternal, sehingga sifat superkonduktor dapat ditingkatkan atau ditekan sesuai keinginan. Hal ini membuka peluang baru untuk sirkuit superkonduktor yang dapat dialihkan dan hemat energi. Makalah ini diterbitkan pada Kemajuan ilmu pengetahuan.

Superkonduktivitas adalah fase mekanika kuantum suatu materi di mana arus listrik dapat mengalir melalui suatu material yang hambatannya nol. Hal ini menghasilkan efisiensi transfer elektronik yang optimal. Superkonduktor digunakan dalam elektromagnet paling kuat untuk teknologi canggih seperti pencitraan resonansi magnetik, akselerator partikel, reaktor fusi, dan bahkan kereta angkasa. Penggunaan superkonduktor juga telah ditemukan di… Statistik kuantitatif.

Tantangan dan inovasi dalam teknologi superkonduktivitas

Elektronik masa kini menggunakan transistor semikonduktor untuk menghidupkan dan mematikan arus listrik dengan cepat, menciptakan dioda dan sandi yang digunakan dalam pemrosesan informasi. Karena arus ini harus mengalir melalui material dengan hambatan listrik terbatas, sebagian energi terbuang sebagai panas. Inilah sebabnya mengapa komputer Anda menjadi semakin panas seiring berjalannya waktu. Suhu rendah yang diperlukan untuk superkonduktivitas biasanya lebih dari 200 derajat F Di bawah titik beku, bahan ini tidak praktis untuk perangkat genggam. Namun, hal ini dapat berguna pada tingkat industri.

Tim peneliti dipimpin oleh Chua Sanchez dari Universitas Washington, menyelidiki bahan superkonduktor yang tidak biasa dengan kemampuan merdu yang luar biasa. Kristal ini terdiri dari lembaran datar atom europium magnetik yang diapit di antara lapisan superkonduktor atom besi, kobalt, dan arsenik. Menurut Sanchez, menemukan feromagnetisme dan superkonduktivitas bersama-sama di alam sangat jarang, karena satu fase biasanya mengalahkan fase lainnya.

“Ini sebenarnya situasi yang sangat tidak nyaman bagi lapisan superkonduktor, karena lapisan tersebut tertembus oleh medan magnet dari atom europium di sekitarnya,” kata Sanchez. “Ini melemahkan superkonduktivitas dan mengakibatkan hambatan listrik terbatas.”

Teknik dan hasil penelitian tingkat lanjut

Untuk memahami interaksi antara fase-fase ini, Sanchez menghabiskan satu tahun sebagai penduduk di salah satu sumber cahaya sinar-X terkemuka di negara itu, Advanced Photon Source (APS), fasilitas pengguna DOE Office of Science di Argonne. Selama di sana, ia mendapat dukungan dari Program Penelitian Mahasiswa Pascasarjana Sains Departemen Energi. Bekerja sama dengan fisikawan di APS 4-ID dan 6-ID beamlines, Sanchez telah mengembangkan platform karakterisasi komprehensif yang mampu memeriksa detail mikroskopis material kompleks.

Dengan menggunakan kombinasi teknik sinar-X, Sanchez dan kolaboratornya mampu menunjukkan bahwa penerapan medan magnet pada kristal dapat mengarahkan garis medan magnet europium agar sejajar dengan lapisan superkonduktor. Hal ini menghilangkan efek antagonistiknya dan menghasilkan keadaan tanpa resistensi. Dengan menggunakan pengukuran listrik dan teknik hamburan sinar-X, para ilmuwan dapat memastikan kemampuan mereka mengendalikan perilaku materi.

“Sifat faktor independen yang mengendalikan superkonduktivitas sangat menarik sehingga kita dapat memetakan cara lengkap untuk mengendalikan efek ini,” kata Philip Ryan dari Argonne, salah satu penulis makalah ini. “Kemungkinan ini memunculkan banyak ide menarik termasuk kemampuan untuk mengatur sensitivitas medan perangkat kuantum.”

Tim kemudian memberikan tekanan pada kristal tersebut untuk mendapatkan hasil yang menarik. Mereka menemukan bahwa superkonduktivitas dapat diperkuat cukup untuk mengatasi magnetisme bahkan tanpa pengalihan medan atau cukup dilemahkan sehingga reorientasi magnet tidak dapat menghasilkan keadaan resistansi nol. Parameter tambahan ini memungkinkan sensitivitas material terhadap magnet dikontrol dan disesuaikan.

“Materi ini menarik karena Anda menghadapi persaingan yang ketat antara beberapa fase, dan dengan menerapkan tekanan kecil atau medan magnet, Anda dapat mendorong satu fase ke fase lainnya untuk menghidupkan dan mematikan superkonduktivitas,” kata Sanchez. “Sebagian besar superkonduktor tidak mudah diubah.”

Referensi: “Superkonduktivitas Terinduksi Medan yang Dapat Dialihkan” oleh Joshua J. Sanchez, Gilberto Fabres, Youngseong Choi, Jonathan M. DeStefano, Elliott Rosenberg, Yue Shi, Paul Malinowski, Yina Huang, Igor Mazin, Jung-Woo Kim, Jeon-Hao Cho, dan Philip J. Ryan, 24 November 2023, Kemajuan ilmu pengetahuan.
doi: 10.1126/sciadv.adj5200