Superkonduktivitas pada Lapisan Ganda WSe₂ yang Diputar: Saingan Baru Graphene?

Material Superkonduktif Baru

Superkonduktivitas adalah fenomena yang, jika dikuasai secara skala besar dan dengan biaya rendah, akan merevolusi peradaban manusia. Hal ini karena, untuk sebagian besar aplikasi teknologi tinggi, tingkat daya atau medan magnet yang dibutuhkan hanya dapat ditangani oleh material superkonduktif, dengan setiap resistansi listrik menyebabkan pemanasan berlebih.

Masalah jangka panjang adalah hampir semua material superkonduktif yang diketahui hanya tersedia pada suhu yang sangat rendah, seringkali di sekitar 4 K (hanya 4 derajat di atas nol mutlak).

Hal ini membuat superkonduktivitas hanya layak bila digabungkan dengan helium cair, fluida pendingin yang sangat sulit diproduksi melalui proses yang sangat intensif energi.

Untuk waktu yang lama, graphene, lapisan mono 2D karbon, telah dianggap sebagai kandidat yang baik untuk superkonduktivitas yang lebih praktis.

Namun, tampaknya apa yang membuat graphene menjanjikan dapat diperluas ke material lain seperti tungsten, membuka pencarian material superkonduktif baru. Penemuan ini merupakan hasil kerja peneliti di Columbia University, University of Tennessee, dan National Institute for Materials Science (Jepang). Mereka mempublikasikan hasilnya di jurnal bergengsi Nature¹ dengan judul “Superkonduktivitas pada lapisan ganda WSe2 yang diputar 5,0°”.

Janji Superkonduktivitas

Material superkonduktif yang lebih murah dan beroperasi pada suhu lebih tinggi akan sepenuhnya mengubah aplikasi teknologi ini. Hal ini memungkinkan metode pendinginan seperti nitrogen cair, atau bahkan hanya teknologi pendinginan yang digunakan dalam freezer penyimpanan vaksin mRNA, menggantikan alternatif yang lebih intensif energi.

Di antara hal‑hal yang dapat diwujudkan oleh superkonduktor suhu tinggi dapat disebutkan:

• MRI yang lebih baik, dengan resolusi lebih tinggi dan biaya pembangunan serta operasional lebih murah, memungkinkan pemeriksaan medis menjadi jauh lebih rutin.
• Sistem dorong elektromagnetik (juga disebut magnetohidrodinamik (MHD) drives) yang menggerakkan kapal melalui air laut yang terionisasi.
• Mesin listrik yang lebih kuat dan efisien .
• Baterai dengan densitas lebih tinggi dan lebih aman menggunakan Penyimpanan Energi Magnetik Superkonduktif (SMES).
• Pembatas, saklar, dan sekering superkonduktif untuk meningkatkan infrastruktur jaringan listrik.
• Transmisi daya jarak jauh tanpa kehilangan, yang dapat meningkatkan efisiensi energi terbarukan, misalnya panel surya yang masih berada di bawah sinar matahari dapat memasok listrik ke kota ribuan kilometer jauhnya.
• Kereta maglev yang lebih murah dan lebih mudah dipelihara atau di masa depan sistem Hyperloop.
• Sensor/magnetometer (Perangkat Interferensi Kuantum Superkonduktif – SQUIDS) untuk aplikasi di lingkungan industri.
• Komputasi kuantum superkonduktif
  • (Anda dapat membaca lebih lanjut tentang kemajuan komputasi kuantum dalam artikel kami “Keadaan Saat Ini dari Komputasi Kuantum”).
• Aplikasi Pertahanan & Dirgantara, termasuk perisai radiasi, peluncuran elektromagnetik, bantalan magnetik, sensor, railgun, coil gun, laser, dan senjata energi lainnya.

Ada kemungkinan bahwa superkonduktivitas suhu tinggi dapat dicapai dengan apatite timbal yang digantikan tembaga (CSLA), namun klaim ini masih diperdebatkan secara hangat oleh ilmuwan yang berspesialisasi di bidang ini, beberapa tahun kemudian.

Superkonduktivitas Graphene

Sementara graphene adalah konduktor listrik yang sangat efisien ketika berada dalam lapisan tunggal, ia dapat menjadi superkonduktor ketika dibentuk sebagai “lapisan ganda yang diputar”. Ini terjadi ketika dua lapisan sedikit tidak sejajar, dengan perbedaan 1,1° yang tampaknya merupakan sudut ajaib untuk graphene.

Pada November 2024, telah ditunjukkan secara matematis bahwa lapisan ganda tersebut dapat tetap superkonduktif pada suhu setinggi 60 °K (-213 °C / -351 °F).

Sejak 2020, material lain telah dicurigai menampilkan karakteristik serupa: tungsten‑selenium (WSe₂).

Sumber: Max Planck Institute

Superkonduktivitas Tungsten Selenium

Sampai saat ini, fenomena yang terkait dengan superkonduktivitas telah terdeteksi pada banyak material yang termasuk dalam kelas dikalkogenida logam transisi (TMD).

Namun, penelitian baru ini secara tegas mengonfirmasi superkonduktivitas pada lapisan ganda WSe2 yang diputar 5,0° (sudut perbedaan antara lapisan, bukan suhu).

Ini sangat kuat pada suhu rendah dalam percobaan ini (426 milikelvin), namun tetap menunjukkan bahwa superkonduktivitas lapisan ganda dapat dicapai oleh material berlapis lain selain graphene.

Lapisan ganda WSe2 yang diputar juga menampilkan batas tajam antara fase superkonduktif dan magnetik pada suhu rendah, yang dapat menjelaskan mekanisme dasar mengapa material ini bersifat superkonduktif.

Lebih Baik dari Graphene?

Jika material TMD dapat menjadi superkonduktif, mereka mungkin sebenarnya lebih unggul daripada graphene.

Alasannya adalah material TMD juga menunjukkan banyak kualitas lain yang diinginkan namun tidak dimiliki graphene, seperti celah pita asli, coupling spin‑orbit yang besar, penguncian spin‑lembah, dan magnetisme.

Dalam hal ini, hal tersebut tampak mirip dengan jenis material meta‑lanjutan lainnya, material kagome, yang juga menampilkan superkonduktivitas bersamaan dengan magnetisme, sementara biasanya kedua fenomena tersebut tidak terjadi bersamaan.

Secara keseluruhan, tampaknya bidang superkonduktivitas membuat kemajuan yang sangat cepat dan menghilangkan asumsi‑asumsi sebelumnya tentang apa yang mungkin dan tidak mungkin.

Perusahaan Tungsten

Jika lapisan ganda tungsten terbukti superkonduktif, ini akan menjadi kasus penggunaan tambahan yang penting bagi logam ultra‑keras yang sudah banyak digunakan dalam aplikasi militer, industri semikonduktor, dan manufaktur lanjutan.

Kami telah membahas kasus investasi untuk tungsten secara detail dalam laporan Oktober 2024 “Tungsten – Logam Rahasia Teknologi Tinggi”.

Sejak itu, China telah mengumumkan pembatasan ekspor tungsten, logam yang 80 % produksinya berasal dari China. Hal ini meninggalkan sangat sedikit perusahaan yang mampu memasok industri Barat, terlepas dari rantai pasokan China.

Almonty Industries

Almonty adalah penambang tungsten yang saat ini sebagian besar memproduksi dari tambang di Portugal, yang telah beroperasi selama 125 tahun terakhir.

Perusahaan ini sedang bekerja memperluas tambang Portugal dan memiliki cadangan yang belum dikembangkan di Spanyol.

Sumber: Almonty

Proyek paling penting perusahaan adalah pengembangan berkelanjutan tambang baru di Sangdong, Korea Selatan. Tambang ini mengandung sumber daya terindikasi lebih banyak daripada semua deposit lainnya digabungkan.

Sumber: Almonty

Sebagai salah satu penambang tungsten aktif dan produktif di negara Barat, Almonty menjadi pemasok strategis utama untuk industri pertahanan. Jadi, perusahaan ini penting untuk mengurangi ketergantungan pada pasokan China.

Lokasi tambang Sangdong menjadikannya pemasok yang sempurna untuk industri pertahanan, dengan Korea Selatan menjadi raksasa baru dalam produksi massal peralatan militer “low tech” seperti tank, artileri, dan amunisi (dibandingkan dengan pesawat tempur, kapal induk, dll. yang membutuhkan tungsten lebih sedikit).

While China prepares to open a huge tungsten mine in Kazakhstan, Almonty is poised to “substantially shift the politics involved with securing tungsten” when the Almonty Korea Tungsten Project’s Sangdong mine comes online within a few months. When it begins production, it will be one of the world’s largest tungsten mines, accounting for 30% of the non‑Chinese supply.

Lewis Black, director, president, and CEO of Almonty Industries

Almonty diperkirakan akan mulai memproduksi tungsten dari tambang Korea pada awal hingga pertengahan 2025.

Karena posisinya yang strategis sebagai satu‑satunya pemasok besar di Barat, Almonty ditawari harga terjamin oleh Plansee. Plansee adalah produsen logam berperforma tinggi dan salah satu klien terbesar Almonty, serta pemilik 15 % saham perusahaan.

Harga terjamin minimum adalah $235/MTU (satuan metrik ton), tanpa batas atas. Karena Tambang Sangdong menargetkan biaya kas $110/MTU, hal ini secara virtual memastikan margin keuntungan tinggi untuk proyek tersebut.

Dengan timing hampir sempurna antara pembukaan Tambang Sangdong yang akan datang dan perang dagang baru antara Amerika Trump dan China, harga saham bereaksi kuat dan naik 40 % dalam hanya 2 hari setelah pengumuman pembatasan ekspor tungsten dari China.

Referensi Studi:

^{1. Guo, Y., Pack, J., Swann, J. et al. (2025) Superkonduktivitas pada lapisan ganda WSe2 yang diputar 5,0°. Nature 637, 839–845. https://doi.org/10.1038/s41586-024-08381-1}