Batas Baru dalam Fisika Kuantum

Para peneliti telah mengembangkan metode untuk mengeksplorasi dan memanfaatkan superkonduktivitas dalam keadaan non-keseimbangan, seperti yang disebabkan oleh pulsa laser, pada suhu yang jauh lebih tinggi daripada operasi superkonduktor tradisional.

Read Also

Menjelajahi Misteri Panas Bumi di Bawah Permukaan Nemrut yang Tertutup Salju

02 Mar 2024

Superkonduktivitas yang disebabkan oleh cahaya ini telah terbukti mereplikasi fitur penting seperti nol resistansi listrik dan pengusiran medan magnet, yang menunjukkan aplikasi potensial dalam perangkat berkecepatan tinggi dan memperluas superkonduktivitas ke suhu sekitar.

Superkonduktivitas adalah fenomena luar biasa yang memungkinkan suatu material mengalirkan arus listrik tanpa kehilangan apa pun. Perilaku kuantum kolektif ini unik untuk konduktor tertentu dan hanya terjadi pada suhu yang jauh di bawah suhu ruangan.

Sejumlah penelitian modern telah menyelidiki perilaku ini dalam apa yang disebut keadaan non-keseimbangan, yaitu dalam situasi di mana material didorong menjauh dari keseimbangan termal. Dalam kondisi ini, tampaknya setidaknya beberapa fitur superkonduktivitas dapat diciptakan kembali bahkan pada suhu sekitar. Superkonduktivitas suhu tinggi non-keseimbangan tersebut, yang terbukti ada di bawah penyinaran dengan pulsa laser, mungkin berguna untuk aplikasi yang berbeda dari yang dibayangkan untuk versi stasioner superkonduktivitas, seperti misalnya pada perangkat berkecepatan tinggi yang dikendalikan oleh pulsa laser.

Superkonduktivitas yang Diinduksi Cahaya

Read Also

Pemerintah AS Menuntut Dirinya Sendiri Atas Bank Silicon Valley

14 Feb 2024

Fenomena ini disebut sebagai “superkonduktivitas yang disebabkan oleh cahaya”, yang menandakan analogi dengan padanan kesetimbangannya.

Sebuah bidang penting dalam dekade terakhir adalah mengidentifikasi sifat-sifat salah satu keadaan superkonduktor yang diinduksi cahaya dan memahami sejauh mana fase ini mereproduksi sifat-sifat superkonduktor konvensional yang diketahui.

Selain mampu mengalirkan arus listrik tanpa kehilangan muatan, superkonduktor juga diketahui dapat mengeluarkan medan magnet dari bagian dalamnya. Fenomena ini, yang dikenal dalam kondisi kesetimbangan sebagai efek Meissner, merupakan konsekuensi langsung dari koherensi timbal balik pembawa muatan dan kecenderungannya untuk bergerak seirama. Akan tetapi, mengukur pengeluaran medan magnet untuk superkonduktivitas yang disebabkan cahaya merupakan tantangan, karena efeknya hanya berlangsung selama beberapa pikodetik (sepersejuta triliun detik), sehingga mustahil untuk mengukur perubahan medan magnet dengan presisi.

Terobosan dalam Pengukuran Medan Magnet

Sebuah tim peneliti di Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter (MPSD) di Hamburg, Jerman, yang dipimpin oleh Andrea Cavalleri, telah mengembangkan eksperimen baru yang mampu memantau sifat magnetik superkonduktor pada kecepatan yang sangat cepat. Mereka telah bekerja pada YBa yang diiradiasi laser₂Aku₃HAI_6+xsuatu senyawa yang superkonduktivitas statisnya hanya terlihat hingga sekitar −200 derajat Celsius“Kami telah menemukan bahwa YBa yang bersemangat dalam foto₂Aku₃HAI_6.48selain memiliki resistansi mendekati nol, juga mengeluarkan medan magnet statis dari bagian dalamnya,” kata Sebastian Fava, penulis artikel yang sekarang diterbitkan di Alam.

Wawasan Mengenai Perilaku Material di Bawah Cahaya

Percobaan ini dimungkinkan dengan menempatkan kristal pengamat di sekitar sampel yang diteliti dan menggunakannya untuk mengukur kekuatan medan magnet lokal. Kristal tersebut merefleksikan perubahan medan magnet menjadi perubahan keadaan polarisasi pulsa laser femtodetik. “Karena durasi pulsa probe yang pendek, kami dapat merekonstruksi evolusi waktu medan magnet di sekitar YBa₂Aku₃HAI_6.48sampel dengan resolusi sub-pikodetik dan sensitivitas yang belum pernah ada sebelumnya,” kata Giovanni de Vecchi, salah satu penulis pendamping.

Implikasi untuk Bahan Superkonduktor

“Pengusiran medan magnet yang disebabkan oleh foto yang kami amati sebanding ukurannya dengan yang diukur ketika YBa₂Aku₃HAI_6+x dibuat menjadi superkonduktor pada kesetimbangan dengan pendinginan,” tambah rekan penulis Michele Buzzi. “Hal ini menunjukkan bahwa menggerakkan material bahkan mungkin merupakan rute yang efektif untuk membawa sifat superkonduktornya lebih dekat ke kondisi sekitar,” lanjut rekan penulis Gregor Jotzu, yang sekarang menjadi anggota fakultas di EPFL dan kepala Laboratorium Material Kuantum Dinamis. Sebagai konsensus tentang asal mikroskopis superkonduktivitas yang diinduksi cahaya di YBa₂Aku₃HAI_6.48 masih hilang, hasil ini merupakan tolok ukur penting bagi teori saat ini.

Potensi Superkonduktivitas Foto-Tereksitasi

Di YBa₂Aku₃HAI_6+xtatanan superkonduktor tidak sepenuhnya hilang di atas suhu transisi superkonduktor kesetimbangan dan beberapa tatanan superkonduktor berfluktuasi lokal tetap ada, agak mirip dengan keadaan tidak teratur. Penemuan-penemuan inovatif ini menunjukkan bahwa foto-eksitasi YBa₂Aku₃HAI_6+xdengan pulsa cahaya yang disesuaikan dapat digunakan untuk menyinkronkan keadaan yang berfluktuasi ini dan memulihkan tatanan superkonduktor pada suhu yang jauh lebih tinggi daripada suhu di mana material menjadi superkonduktor pada kesetimbangan, hingga ke suhu ruangan.

Referensi: “Pengusiran medan magnet dalam YBa yang digerakkan secara optik₂Aku₃HAI_6.48” oleh S. Fava, G. De Vecchi, G. Jotzu, M. Buzzi, T. Gebert, Y. Liu, B. Keimer dan A. Cavalleri, 10 Juli 2024, Alam.
DOI: 10.1038/s41586-024-07635-2

Penelitian di MPSD menerima dukungan dana dari Deutsche Forschungsgemeinschaft melalui Cluster of Excellence CUI: Pencitraan Materi Tingkat LanjutMPSD adalah anggota Pusat Ilmu Laser Elektron Bebas (CFEL), sebuah perusahaan patungan dengan DESY dan Universitas Hamburg. Penelitian ini dilakukan dengan kerja sama erat dengan para ilmuwan di Max Planck Institute for Solid State Research (MPI-FKF).