Para peneliti di Universitas Cornell telah mencapai terobosan dalam teknologi superkonduktor dengan mengembangkan metode pencetakan 3D satu langkah yang menghasilkan material dengan kinerja luar biasa. Pendekatan inovatif ini mengintegrasikan kimia polimer dengan manufaktur aditif, membuka jalan bagi kemajuan signifikan dalam bidang-bidang seperti teknologi MRI dan komputer kuantum generasi mendatang.
Prestasi paling menonjol adalah medan magnet kritis yang dicapai oleh niobium nitrida, yang menggunakan teknik baru ini, berada di antara 40 hingga 50 Tesla. Ini merupakan rekor absolut untuk material tersebut, yang krusial untuk fungsinya di lingkungan medan magnet yang sangat tinggi. Ulrich Wiesner, pemimpin proyek dan Profesor Spencer T. Olin di Departemen Ilmu dan Teknik Material Cornell, mencatat adanya korelasi langsung antara massa molar polimer yang digunakan dan kinerja superkonduktor akhir, sebuah hubungan yang sebelumnya belum pernah ditetapkan.
Penelitian ini merupakan puncak dari hampir satu dekade eksplorasi, dimulai pada tahun 2016 ketika tim Cornell pertama kali menunjukkan bagaimana kopolimer blok dapat merakit diri menjadi struktur yang bermanfaat untuk pembentukan superkonduktor. Pada tahun 2021, dikonfirmasi bahwa metode berbasis material lunak ini dapat menyaingi teknik konvensional. Proses saat ini menandai lompatan kualitatif lebih lanjut, menampilkan sistem 'satu wadah' yang melewati banyak langkah yang biasanya ada dalam pencetakan 3D material berpori tradisional.
Teknik baru ini mengatur material superkonduktor di tiga tingkat berbeda: kisi tingkat atom, kisi mesostruktur yang dipandu oleh perakitan mandiri kopolimer, dan kisi makroskopik yang diproduksi langsung oleh pencetakan 3D. Proses dimulai dengan tinta yang terdiri dari kopolimer dan nanopartikel, yang merakit diri selama pencetakan. Perlakuan panas selanjutnya mengubah material menjadi superkonduktor kristal berpori dengan sifat yang belum pernah ada sebelumnya. Arsitektur berpori yang dihasilkan memberikan luas permukaan internal yang memecahkan rekor untuk superkonduktor komposit, karakteristik yang ideal untuk mengembangkan material kuantum baru.
Para peneliti secara aktif menguji senyawa lain, seperti titanium nitrida, yang bertujuan untuk struktur tiga dimensi yang sulit dicapai dengan metode konvensional. Kemajuan ini, yang dirinci dalam Nature Communications, dibangun di atas bertahun-tahun kerja interdisipliner yang dipimpin oleh Ulrich Wiesner. Metode ini menyederhanakan fabrikasi, yang secara tradisional merupakan proses multi-langkah yang padat sumber daya. Dengan menggunakan tinta khusus yang terbuat dari campuran kopolimer dan nanopartikel anorganik yang merakit diri selama pencetakan 3D, diikuti dengan perlakuan panas yang ditargetkan, struktur cetakan diubah menjadi bentuk kristal berpori akhir.
Kinerja material yang dihasilkan, khususnya medan magnet kritis atas sebesar 40-50 Tesla untuk niobium nitrida, merupakan lompatan besar. Keberhasilan ini dimungkinkan oleh tim interdisipliner yang terdiri dari ahli kimia, fisika, dan ilmuwan material, menggarisbawahi peran penting kolaborasi lintas disiplin dalam mendorong batas penelitian. Menurut Wiesner, metodologi baru ini dapat membuka jalan bagi generasi superkonduktor dengan sifat yang disesuaikan, yang diproduksi lebih sederhana dan lebih terukur daripada sebelumnya.