Pada bahan superkonduktor, arus listrik akan mengalir tanpa adanya hambatan. Ada beberapa penerapan praktis dari fenomena ini; namun, masih banyak pertanyaan mendasar yang belum terjawab. Associate Professor Justin Ye, kepala kelompok Fisika Perangkat Bahan Kompleks di Universitas Groningen, mempelajari superkonduktivitas dalam lapisan ganda molibdenum disulfida dan menemukan keadaan superkonduktor baru. Hasilnya dipublikasikan di jurnal Nature Nanotechnology pada 4 November.

Superkonduktivitas telah ditunjukkan pada kristal monolayer, misalnya molibdenum disulfida atau tungsten disulfida yang memiliki ketebalan hanya tiga atom. “Dalam kedua lapisan tunggal, terdapat jenis superkonduktivitas khusus di mana medan magnet internal melindungi keadaan superkonduktor dari medan magnet eksternal,” jelas Ye. Superkonduktivitas normal menghilang ketika medan magnet luar yang besar diterapkan, namun superkonduktivitas Ising ini sangat terlindungi. Bahkan dalam medan magnet statis terkuat di Eropa, yang berkekuatan 37 Tesla, superkonduktivitas tungsten disulfida tidak menunjukkan perubahan apa pun. Namun, meskipun memiliki perlindungan yang kuat merupakan hal yang luar biasa, tantangan berikutnya adalah menemukan cara untuk mengendalikan efek perlindungan ini, dengan menerapkan medan listrik.

Negara-negara superkonduktor baru

Ye dan kolaboratornya mempelajari lapisan ganda molibdenum disulfida: “Dalam konfigurasi tersebut, interaksi antara dua lapisan menciptakan keadaan superkonduktor baru.” Anda menciptakan lapisan ganda tersuspensi, dengan cairan ionik di kedua sisinya yang dapat digunakan untuk menciptakan medan listrik melintasi bilayer. “Dalam satu lapisan tunggal, medan seperti itu akan asimetris, dengan ion positif di satu sisi dan muatan negatif terinduksi di sisi lain. Namun, pada lapisan ganda, kita dapat menginduksi jumlah muatan yang sama pada kedua lapisan tunggal, sehingga menciptakan sistem simetris,” jelas Ye. Medan listrik yang tercipta dapat digunakan untuk menghidupkan dan mematikan superkonduktivitas. Ini berarti bahwa transistor superkonduktor telah dibuat yang dapat disalurkan melalui cairan ionik.

Pada lapisan ganda, perlindungan Ising terhadap medan magnet luar menghilang. “Hal ini terjadi karena adanya perubahan interaksi antara kedua lapisan tersebut.” Namun medan listrik dapat memulihkan perlindungan. “Tingkat perlindungan bergantung pada seberapa kuat Anda mengunci perangkat.”

Pasangan Cooper

Selain menciptakan transistor superkonduktor, Ye dan rekan-rekannya membuat pengamatan menarik lainnya. Pada tahun 1964, keadaan superkonduktor khusus diperkirakan ada, yang disebut keadaan FFLO (dinamai menurut ilmuwan yang meramalkannya: Fulde, Ferrell, Larkin dan Ovchinnikov). Dalam superkonduktivitas, elektron bergerak berpasangan dengan arah berlawanan. Karena mereka bergerak dengan kecepatan yang sama, pasangan Cooper ini mempunyai momentum kinetik total nol. Namun pada keadaan FFLO terdapat perbedaan kecepatan yang kecil sehingga momentum kinetiknya tidak nol. Sejauh ini, keadaan ini belum pernah dipelajari dengan baik dalam eksperimen.

“Kami telah memenuhi hampir semua prasyarat untuk menyiapkan status FFLO di perangkat kami,” kata Ye. “Tetapi keadaan ini sangat rapuh dan sangat dipengaruhi oleh kontaminasi pada permukaan material kita. Oleh karena itu, kami perlu mengulangi eksperimen dengan sampel yang lebih bersih.”

Dengan lapisan ganda molibdenum disulfida yang tersuspensi, Ye dan kolaborator memiliki semua bahan yang diperlukan untuk mempelajari beberapa keadaan superkonduktor khusus. “Ini benar-benar ilmu pengetahuan mendasar yang mungkin membawa kita pada perubahan konseptual.”