Ilmu material

Bilayer Nickelates: Kelas Baru Superkonduktor Suhu Tinggi

mm
Diterbitkan
Diperbarui
Securities.io maintains rigorous editorial standards and may receive compensation from reviewed links. We are not a registered investment adviser and this is not investment advice. Please view our affiliate disclosure.

Batasan Superkonduktivitas

Listrik telah menjadi salah satu teknologi paling transformatif dalam sejarah, memungkinkan transmisi bentuk energi yang sangat berguna dalam jarak jauh. Namun setiap sistem listrik “normal” menghadapi resistansi listrik, yang menghasilkan panas ketika arus listrik diterapkan.

Ada alternatif: yang disebut material superkonduktif. Material superkonduktif memiliki resistansi listrik nol, yang memungkinkan arus yang sangat kuat digunakan tanpa menghasilkan panas.

Tanpa superkonduktivitas, banyak teknologi modern tidak akan mungkin, termasuk akselerator partikel (misalnya, CERN), MRI, dan kereta maglev.

Superkonduktivitas akan menjadi komponen penting dari megaprojek paling menjanjikan dan inovasi teknologi, seperti ITER dan fusi nuklir, mass driver, komputer kuantum, dll.

Saluran listrik tanpa kehilangan juga dapat menjadi kunci dalam mengembangkan koneksi jaringan ultra-panjang yang membantu menyeimbangkan produksi energi terbarukan melintasi kondisi cuaca dan zona waktu, menyelesaikan beberapa keterbatasan tenaga surya dan angin.

Sumber: XOT Metals

Namun, superkonduktivitas sejauh ini hanya dikuasai pada material yang menampilkannya pada suhu ultra-rendah, hanya beberapa derajat di atas nol mutlak. Atau pada tekanan sangat tinggi.

Hal ini membuatnya tidak hanya terlalu kompleks untuk semua kecuali aplikasi yang paling menuntut (maglev, MRI, dll.) tetapi juga sangat mahal, menjadikannya tidak ekonomis untuk banyak aplikasi yang dapat memperoleh manfaat dari material superkonduktif atau penggunaan skala besar.

Banyak Jalur Menuju Superkonduktivitas

Sekarang tampaknya material yang diproduksi pada tekanan tinggi dapat mempertahankan sebagian superkonduktivitasnya pada tekanan lebih rendah, melalui metode eksperimental yang disebut protokol tekanan-penyusutan (PQP).

Baru-baru ini, bilayer berpilin WSe₂ (tungsten selenida) tampak menjadi kandidat material yang baik untuk superkonduktor suhu lebih tinggi juga.

Jadi setelah bertahun-tahun kemajuan lambat, tampaknya fisikawan mulai membuka cara baru sepenuhnya dalam menciptakan material superkonduktif. Dan satu yang baru kini ditambahkan ke daftar, dengan keluarga baru superkonduktor yang mengandung nikel.

Peneliti China di Southern University of Science and Technology di Shenzhen dan Universitas Tsinghua telah menemukan bahwa superkonduktor nikelat bilayer menghantarkan listrik tanpa resistansi, jauh di atas nol mutlak dan pada tekanan atmosfer.1

Mereka mempublikasikan hasilnya di jurnal ilmiah bergengsi Nature, dengan judul “Ambient-pressure superconductivity onset above 40 K in (La,Pr)3Ni2O7 films”.

Superkonduktor Tidak Terlalu Dingin

Superkonduktivitas suhu tinggi mungkin suatu hari menjadi pilihan, terutama dengan kasus misterius LK-99 (sebuah bentuk apatite timbal yang digantikan tembaga – CSLA), jenis baru superkonduktor tekanan atmosfer, suhu ruang.

Klaim tersebut segera diperdebatkan dan dikritik sebagai tipuan atau kesalahan pengukuran, tetapi peneliti lain kemudian menemukan mungkin ada sesuatu yang terjadi sebenarnya.

Namun ini bukan satu-satunya kelas superkonduktor yang dapat berfungsi pada suhu yang lebih hangat.

Baru-baru ini ditemukan bahwa dua kelompok keramik (kuprat berbasis tembaga dan pniktida berbasis besi) berfungsi sebagai superkonduktor tidak konvensional yang beroperasi pada tekanan atmosfer dan pada suhu setinggi 150 K (–123 °C / -189 °F).

Sekarang, tampaknya nikelat bergabung dengan keramik ini untuk menciptakan material yang berfungsi sebagai superkonduktor pada suhu lebih tinggi.

Meskipun tidak begitu hangat, suhu tersebut jauh lebih mudah dicapai dibandingkan superkonduktor saat ini. Misalnya, magnet superkonduktor ITER harus didinginkan mendekati nol mutlak dengan helium cair, prosedur yang sangat intensif energi dan mahal.

Secara keseluruhan, ini menunjukkan bahwa superkonduktor kemungkinan akan menjadi jauh lebih umum dalam jangka menengah, karena banyak bentuk baru sedang ditemukan dan diuji.

Nikelat Superkonduktif

Nikelat ditemukan memiliki potensi sifat superkonduktivitas pada tahun 2019 oleh Danfeng Li, seorang fisikawan di City University of Hong Kong, dan rekannya. Pada tahun 2023, tim lain menunjukkan superkonduktivitas nikelat pada suhu lebih tinggi, tetapi di bawah tekanan tinggi.

Sumber: Nature

Namun pada Desember 2024 nikelat terdeteksi untuk pertama kalinya kehilangan resistansi pada suhu kritis dan mengusir medan magnet, keduanya merupakan indikasi kuat superkonduktivitas.

Untuk mencapai hasil ini, film kristal tunggal La2.85Pr0.15Ni2O7 (lanthanum-praseodymium-nikel) ditumbuhkan menggunakan teknik yang disebut gigantic-oxidative atomic-layer-by-layer epitaxy (GOALL-Epitaxy). Teknik ini dikembangkan oleh tim peneliti yang sama dan memberikan oksidasi serta presisi beberapa urutan magnitudo lebih kuat dalam menghasilkan lapisan material pada tingkat atom.

Sumber: Research Gate

Metode analitis lanjutan digunakan untuk mempelajari senyawa berbasis nikel, termasuk gambar mikroskop transmisi pemindaian (STEM) dan pemetaan ruang balik sinar‑X (RSM).

Mereka mengungkapkan munculnya fase tetragonal pada lapisan oksida nikel, yang mungkin bertanggung jawab atas aliran bebas elektron dalam kondisi yang tepat.

Meningkatkan Material Superkonduktif

Metode yang digunakan sebagai uji pendahuluan untuk meningkatkan sifat nikelat dapat lebih disempurnakan. Hal ini seharusnya menghasilkan banyak pengujian untuk lebih meningkatkan suhu superkonduktor ini.

“Ada harapan besar bahwa kami akhirnya dapat meningkatkan suhu kritis dan membuat material semacam itu lebih berguna untuk aplikasi.”
Danfeng Li – Fisikawan di City University of Hong Kong.

Analisis menunjukkan bahwa proses yang memberikan superkonduktivitas pada nikelat mirip dengan yang memengaruhi kuprat (yang terbuat dari tembaga).

“Meningkatkan ini adalah prioritas. Tim sedang mencoba berbagai trik untuk menyesuaikan cara material tumbuh dan komposisinya yang tepat.”
Zhuoyu Chen – Fisikawan di SUSTech

Eksperimen Sebelum Teori

Perlu dicatat bahwa hasil terbaru mengenai superkonduktor suhu lebih tinggi, atau bahkan superkonduktor potensial suhu ruang, melaju di depan fisika teoretis di bidang ini.

Jadi, mengapa ia bekerja masih menjadi misteri. Belum ada penjelasan lengkap mengapa material ini menjadi superkonduktor, apalagi metode prediktif untuk meramalkan material apa yang mungkin menunjukkan fitur tersebut.

Sampai sekarang, kebutuhan akan kondisi tekanan tinggi atau suhu sangat dingin sangat menghambat studi material ini, karena sulit menguji apa pun ketika superkonduktivitas hanya terjadi dalam anvil berlian atau helium cair.

Memelihara kondisi yang lebih mudah seharusnya memberi lebih banyak kelonggaran bagi ilmuwan untuk mempelajari dan memodifikasi material ini.

Jadi ini memberi banyak ruang untuk perbaikan, dan pemahaman yang lebih baik tentang material ini, termasuk dengan bantuan AI, seharusnya membantu kemajuan lebih jauh.

Hal ini juga seharusnya menarik lebih banyak peneliti yang bekerja di bidang ini dan lebih banyak perusahaan yang mengalokasikan anggaran R&D pada proyek‑proyek ini, mempercepat laju kemajuan.

Aplikasi Masa Depan

Superkonduktor suhu tinggi akan menjadi material ajaib segera jika dipahami cukup untuk memproduksinya secara skala besar.

Efek langsung pertama adalah menurunkan biaya peralatan yang sudah memanfaatkan superkonduktivitas, seperti MRI, kereta maglev, turbin dan generator canggih, akselerator partikel, reaktor fusi eksperimental, dll.

Hal ini juga akan memungkinkan teknologi yang sampai sekarang tidak mungkin dilakukan atau terlalu mahal karena batasan teknis superkonduktor suhu rendah.

Ini termasuk kereta hyperloop, mass driver untuk mencapai orbit, fusi nuklir komersial, koneksi jaringan antar benua, dll. Masing‑masing teknologi ini akan selamanya mengubah jalur peradaban manusia.

Pemimpin dalam Solusi Superkonduktivitas

American Superconductor Corporation

(AMSC )

AMSC adalah perusahaan yang menyediakan solusi energi untuk jaringan listrik, kapal, dan energi angin. Secara umum, semakin banyak daya yang dibutuhkan atau semakin besar suatu sistem, semakin banyak teknologi superkonduktor yang diperlukan untuk menghindari overheating.

Meskipun namanya, ASMC tidak hanya menyediakan sistem superkonduktor tetapi juga, misalnya, gear drivetrain untuk turbin angin.

Perusahaan ini didorong oleh banyak faktor pertumbuhan, mulai dari tren elektrifikasi, dan digitalisasi (termasuk pusat data AI), serta reshoring kapasitas manufaktur AS dan kebutuhan Angkatan Laut negara‑negara Anglosfer untuk memodernisasi sebagai respons terhadap meningkatnya risiko geopolitik.

Di segmen pasokan listrik, AMSC telah melihat peningkatan pesanan yang stabil. Hal ini didorong oleh pabrik semikonduktor yang ingin dilindungi dari fluktuasi jaringan listrik, membantu jaringan mengatasi sifat intermiten energi terbarukan, serta pasokan listrik & kontrol di situs industri.

Di segmen turbin angin, AMSC sebagian besar aktif dengan Sistem Kontrol Elektrik (ECS). Secara historis, ESC merupakan segmen kuat bagi perusahaan dengan turbin angin 2 MW, namun secara bertahap menurun. AMSC menargetkan pemulihan berkat desain turbin 3 MW baru, dengan fokus khusus pada pasar India.

Sumber: American Superconductor Corporation

Untuk kapal militer, ASMC menyediakan “High Temperature Superconductor Magnetic Mine Countermeasure” milik AMSC, sebuah sistem untuk mengubah tanda magnetik kapal guna melindungi mereka dari ranjau laut. Sistem ini dijual ke angkatan laut AS, Kanada, dan Inggris, dengan pesanan senilai $75 juta sejauh ini.

Secara keseluruhan, ASMC paling berhasil memanfaatkan teknologi superkonduktor dalam aplikasi niche yang dapat diterapkan saat ini, sekaligus kemungkinan siap menerapkan kemajuan lebih lanjut di masa depan. Investor juga harus mencatat bahwa saham ini pernah mengalami volatilitas ekstrem di masa lalu, dan menghitung risikonya secara tepat.

Berita Terbaru tentang American Superconductor Corporation

Referensi Studi:

1.Zhou, G., Lv, W., Wang, H. et al.(2025) Ambient-pressure superconductivity onset above 40 K in (La,Pr)3Ni2O7 Nature. https://doi.org/10.1038/s41586-025-08755-z

mm

Jonathan adalah seorang peneliti biokimia yang telah bekerja di bidang analisis genetik dan uji klinis. Sekarang, ia adalah seorang analis saham dan penulis keuangan dengan fokus pada inovasi, siklus pasar, dan geopolitik dalam publikasinya 'The Eurasian Century".