Ilmu material
Apakah Superkonduktor Suhu Ruangan Benar-Benar Mungkin? Menurut QMUL, Ya
Tambahkan Securities.io ke sumber pilihan Anda di Google
Batasan Superkonduktivitas
Listrik merupakan salah satu teknologi paling transformatif dalam sejarah karena memungkinkan energi disalurkan dalam bentuk yang sangat berguna hingga jarak jauh. Namun, setiap sistem listrik biasa menghadapi hambatan listrik yang menghasilkan panas ketika arus dialirkan.
Ada alternatif berupa bahan superkonduktif. Bahan ini memiliki hambatan listrik nol, sehingga arus yang sangat kuat dapat digunakan tanpa menghasilkan panas.
Tanpa superkonduktivitas, banyak teknologi modern tidak akan mungkin terwujud, termasuk akselerator partikel, misalnya CERN, MRI, dan kereta maglev.
Superkonduktivitas akan menjadi komponen penting dalam berbagai megaproyek dan inovasi teknologi yang paling menjanjikan, seperti ITER, fusi nuklir, pelontar massa, komputer kuantum, dan lain-lain.
Saluran listrik tanpa rugi energi juga dapat menjadi kunci bagi jaringan jarak sangat jauh. Jaringan seperti ini dapat menyeimbangkan produksi energi terbarukan antara kondisi cuaca dan zona waktu yang berbeda, sehingga mengurangi sebagian keterbatasan tenaga surya dan angin.
Sumber: XOT Metals
Namun, sejauh ini superkonduktivitas baru dapat dikuasai pada bahan yang menunjukkannya pada suhu sangat rendah, hanya beberapa derajat di atas nol mutlak, pada tekanan yang sangat tinggi, atau pada keduanya.
Kondisi tersebut membuat teknologi ini terlalu rumit kecuali untuk aplikasi yang paling menuntut, seperti maglev dan MRI. Biayanya juga sangat tinggi sehingga tidak ekonomis bagi banyak aplikasi lain maupun penggunaan berskala besar.
Berbagai Jalur Menuju Superkonduktivitas
Kini terdapat indikasi bahwa bahan yang dibuat pada tekanan tinggi dapat mempertahankan sebagian sifat superkonduktifnya pada tekanan yang lebih rendah melalui metode eksperimental yang disebut protokol pressure-quench (PQP).
Baru-baru ini, lapisan ganda WSe₂ (tungsten diselenida) yang dipuntir juga muncul sebagai kandidat bahan yang menjanjikan untuk superkonduktor bersuhu lebih tinggi.
Kelas baru lain dari calon superkonduktor, yaitu nikelat lapisan ganda, mungkin juga dapat ditambahkan ke daftar tersebut tahun ini.
Kendala dalam mencari bahan baru yang menjadi superkonduktor pada suhu lebih tinggi adalah mekanismenya belum benar-benar dipahami. Pemahaman kita tentang superkonduktivitas suhu tinggi atau suhu ruangan bahkan lebih terbatas. Selama beberapa waktu, hal itu dianggap sepenuhnya mustahil.
Kemudian muncul kasus membingungkan dari LK-99 (sejenis apatit timbal tersubstitusi tembaga atau CSLA), yang disebut berpotensi menjadi superkonduktor suhu ruangan pada tekanan normal. Klaim itu segera dibantah dan dikritik sebagai tipuan atau kesalahan pengukuran, tetapi peneliti lain kemudian menemukan bahwa mungkin memang ada perilaku fisik yang tidak biasa.
Kemajuan baru dalam fisika teoretis oleh para peneliti di QMUL (Queen Mary University of London), University of Cambridge, dan Intellectual Ventures, dapat membantu menjelaskan bagaimana superkonduktor suhu ruangan mungkin dapat diwujudkan.
Mereka menerbitkan hasilnya1 di Journal of Physics: Condensed Matter dengan judul “Batas atas frekuensi fonon tertinggi dan suhu superkonduktif berdasarkan konstanta fisika fundamental”.
Memahami Batas TC
Setiap bahan superkonduktif ditentukan oleh nilai yang disebut TC (suhu kritis). Pada sebagian besar bahan yang bersifat superkonduktif, TC hanya beberapa derajat di atas nol mutlak.
Namun, penelitian baru ini menyelidiki batas teoretis TC.
Batas tersebut ditentukan oleh gaya dan konstanta fundamental alam semesta, seperti massa elektron, muatan elektron, dan konstanta Planck.
Penelitian ini menunjukkan bahwa konstanta tersebut menetapkan batas atas bagi frekuensi fonon dalam fase materi terkondensasi, yakni seberapa cepat atom dapat bergetar di dalam fase tersebut. Karena fonon berperan dalam menentukan suhu superkonduktif, batas ini ikut menentukan kisaran bawah dan atas TC yang mungkin.
Batas Atas dan Bawah untuk TC
Matematika dan fisika partikel yang digunakan untuk menentukan TC yang mungkin cukup rumit dan berada di luar cakupan pembaca nonspesialis. Sebagai contoh, berikut kutipan dari pendahuluan makalah ilmiah tersebut:
“Dalam perhitungan teori fungsional kerapatan (DFT), kami menggunakan metode yang serupa dengan makalah sebelumnya. Metode ini mencakup fungsional korelasi-pertukaran Perdew–Burke–Ernzerhof, batas energi 1.200 eV, dan kisi titik-k dengan jarak 2π×0,025Å−1 untuk mengambil sampel zona Brillouin elektronik.”
Secara sederhana, model yang dikembangkan para peneliti menyelidiki seberapa tinggi frekuensi getaran atom dalam zat padat atau cair.
Hasilnya menempatkan batas atas TC superkonduktivitas pada 100 hingga 1.000 K, atau sekitar −173,15 hingga 726 °C. Dengan demikian, setidaknya secara teori, superkonduktivitas pada suhu ruangan tidak dilarang oleh konstanta fundamental.
Hal ini menempatkan suhu ruangan dalam kisaran yang memungkinkan dan mengubah pandangan lama bahwa superkonduktivitas suhu ruangan secara teoretis mustahil.
Pemahaman Lebih Dalam tentang Alam Semesta
Hasil tersebut telah dikonfirmasi secara independen dalam penelitian terpisah, yang menunjukkan bahwa analisis teoretis yang lebih terperinci ini kemungkinan sesuai dengan kenyataan fisik.
Kerangka teoretis ini menjelaskan dengan lebih baik mengapa superkonduktor suhu ruangan mungkin ada dan dapat mendorong penelitian di bidang superkonduktivitas.
“Penemuan ini memberi tahu kita bahwa superkonduktivitas suhu ruangan tidak dikesampingkan oleh konstanta fundamental. Penemuan ini memberi harapan kepada para ilmuwan: impian itu masih hidup.”
Profesor Chris Pickard — profesor fisika di Universitas Cambridge
Pemahaman yang lebih mendalam tentang perilaku materi terkondensasi pada tingkat partikel juga dapat menghasilkan kemajuan di bidang lain, seperti ilmu material, elektronika, dan fisika plasma.
Aplikasi Masa Depan
Superkonduktor suhu ruangan akan menjadi bahan yang luar biasa jika dapat dipahami dengan cukup baik untuk diproduksi dalam skala besar.
Dampak langsung pertama adalah penurunan biaya peralatan yang sudah memanfaatkan superkonduktivitas, seperti MRI, kereta maglev, turbin dan generator canggih, akselerator partikel, serta reaktor fusi eksperimental.
Teknologi ini juga dapat memungkinkan hal-hal yang sebelumnya mustahil atau terlalu mahal akibat keterbatasan teknis superkonduktor suhu rendah.
Teknologi tersebut mencakup kereta hyperloop, pelontar massa untuk mencapai orbit, fusi nuklir komersial, dan jaringan listrik antarbenua. Masing-masing teknologi ini dapat mengubah arah perkembangan peradaban manusia secara mendalam.
Pemimpin dalam Solusi Superkonduktivitas
AMSC Grafik Harga
AMSC menyediakan solusi energi untuk jaringan listrik, kapal, dan tenaga angin. Sistem berdaya tinggi membutuhkan stabilitas, kendali, dan pengelolaan panas yang lebih besar; produk jaringan dan superkonduktor perusahaan ditujukan untuk kebutuhan tersebut.
Terlepas dari namanya, AMSC tidak hanya menyediakan sistem superkonduktor, tetapi juga sistem kendali listrik dan peralatan lain untuk turbin angin.
Permintaan perusahaan dapat didorong oleh elektrifikasi, digitalisasi termasuk pusat data AI, pemulangan kapasitas manufaktur ke Amerika Serikat, dan modernisasi angkatan laut negara-negara sekutu di tengah meningkatnya risiko geopolitik.
Di segmen pasokan listrik, pesanan AMSC terus meningkat. Pendorongnya mencakup perlindungan pabrik semikonduktor dari fluktuasi jaringan, bantuan bagi jaringan untuk menangani produksi energi terbarukan yang tidak tetap, serta pasokan dan kendali listrik di lokasi industri.
Di segmen turbin angin, AMSC terutama menyediakan sistem kendali listrik (ECS). Bisnis lama yang terkait dengan turbin 2 MW telah menurun, tetapi perusahaan mengharapkan pertumbuhan dari desain turbin 3 MW yang baru, dengan fokus khusus pada pasar India.
Sumber: American Superconductor Corporation
Untuk kapal militer, AMSC menyediakan sistem penanggulangan ranjau magnetik berbasis superkonduktor suhu tinggi. Sistem ini mengubah jejak magnetik kapal guna mengurangi risiko ranjau laut magnetik. Produk tersebut dijual kepada angkatan laut Amerika Serikat, Kanada, dan Inggris, dengan nilai pesanan sekitar US$75 juta sejauh ini.
Secara keseluruhan, AMSC memperoleh pendapatan dari aplikasi jaringan dan superkonduktor yang sudah layak secara komersial serta berpotensi memanfaatkan kemajuan teknologi berikutnya. Investor perlu memperhitungkan volatilitas historis saham, pesanan berbasis proyek, konsentrasi pelanggan, dan ketergantungan pada siklus belanja industri angin serta pemerintah.
Berita Terbaru tentang American Superconductor Corporation
Studi yang Dirujuk:
1. K Trachenko, B Monserrat, M Hutcheon and Chris J Pickard.(2025) Batas atas frekuensi fonon tertinggi dan suhu superkonduktif dari konstanta fisik fundamental. Journal of Physics: Condensed Matter. 37165401. 13 Maret 2025. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-648X/adbc39
