Bukti Eksperimental Superkonduktivitas Tak Konvensional pada Graphene Trilayer Terpelintir Sudut Ajaib

Para peneliti di Massachusetts Institute of Technology (MIT) telah mengamati tanda-tanda jelas dari superkonduktivitas tak konvensional dalam material graphene trilayer terpelintir sudut ajaib (Magic-Angle Twisted Trilayer Graphene/MATTG). Inti dari penemuan ini adalah bukti paling langsung hingga saat ini bahwa MATTG menunjukkan superkonduktivitas yang berbeda, yang ditandai dengan adanya celah superkonduktor berbentuk V yang khas. Pengamatan krusial ini diumumkan melalui publikasi temuan mereka dalam jurnal bergengsi Science, yang menandai tonggak penting dalam fisika benda terkondensasi dan memberikan konfirmasi empiris kuat mengenai sifat superkonduktor dalam arsitektur graphene spesifik ini.

Penemuan ini secara fundamental menjawab pertanyaan mengenai mekanisme superkonduktivitas dalam MATTG, khususnya apakah ia menyimpang dari jenis konvensional. Para peneliti menyimpulkan bahwa celah berbentuk V mengindikasikan mekanisme yang lebih kuat dan berbeda, mengusulkan bahwa interaksi elektronik yang kuat, bukan getaran kisi (lattice vibrations), kemungkinan besar bertanggung jawab atas fenomena superkonduktivitas ini. Dalam superkonduktor konvensional, pasangan elektron terikat secara lemah oleh getaran atom di sekitarnya, namun dalam MATTG, terdapat teori yang menunjukkan bahwa pengikatan elektron terjadi karena interaksi elektronik yang intens, di mana elektron saling membantu untuk berpasangan, menghasilkan keadaan superkonduktor dengan simetri khusus. Hal ini sangat kontras dengan mekanisme BCS konvensional yang didasarkan pada interaksi elektron-fonon.

Para ilmuwan yang terlibat dalam penelitian ini termasuk penulis utama bersama Shuwen Sun, seorang mahasiswa pascasarjana di Departemen Fisika MIT, dan Jeong Min Park, Ph.D. '24. Mereka didukung oleh rekan penulis seperti Kenji Watanabe dan Takashi Taniguchi dari Institut Nasional Ilmu Material di Jepang. Pablo Jarillo-Herrero, Profesor Fisika Cecil dan Ida Green di MIT, bertindak sebagai penulis senior studi tersebut. Penelitian ini didukung oleh berbagai badan pendanaan, termasuk Kantor Riset Angkatan Darat A.S., Kantor Riset Ilmiah Angkatan Udara A.S., Dana Riset Semikonduktor Samsung MIT/MTL, Program Jembatan Sagol WIS-MIT, National Science Foundation, dan Gordon and Betty Moore Foundation.

Untuk mencapai pengamatan ini, tim mengembangkan platform eksperimental baru yang menggabungkan dua teknik pengukuran kuat: spektroskopi tunneling elektron dan pengukuran transpor listrik. Teknik ini memungkinkan para ilmuwan untuk secara langsung menyelidiki perilaku kuantum elektron sambil secara simultan mengukur seberapa mudah arus bergerak melalui material. Secara spesifik, mereka berhasil mengukur celah superkonduktor MATTG, sebuah properti yang menggambarkan stabilitas keadaan superkonduktor material pada suhu tertentu. Platform baru ini, yang melibatkan pembangunan saluran tunneling dwi-probe dengan memperkenalkan penghalang tunneling hBN (heksagonal boron nitrida) ultra-tipis di antara lapisan MATTG atas dan bawah, memungkinkan korelasi langsung antara kepadatan keadaan tunneling dan perilaku superkonduktor tanpa kehilangan energi.

Pengamatan ini relevan karena pemahaman mendalam tentang superkonduktor tak konvensional seperti MATTG sangat penting untuk mewujudkan aplikasi praktis, seperti pengembangan superkonduktor suhu ruangan. Superkonduktivitas, di mana elektron berpasangan untuk bergerak tanpa hambatan, jika dapat dicapai pada suhu kamar, akan mengurangi kerugian daya secara drastis dalam jaringan distribusi global. Selain itu, sifat kuantum graphene menjadikannya kandidat ideal untuk komponen komputasi kuantum, berpotensi menciptakan qubit yang lebih stabil dan efisien. Kerangka kerja multidimensi yang baru ini, yang secara simultan memperoleh informasi spektroskopi dan transpor, membuka jalur eksperimental penting untuk menyelidiki evolusi struktur elektronik dan keadaan kuantum baru dalam material kuantum yang dapat disetel.