Superkonduktor suhu tinggi, sebuah kelas material revolusioner yang ditemukan lebih dari empat dekade lalu, memiliki potensi besar untuk kemajuan teknologi. Bahan-bahan ini tidak mempunyai hambatan listrik, sehingga listrik dapat mengalir dengan bebas tanpa kehilangan energi, bahkan pada suhu yang jauh lebih tinggi daripada yang dibutuhkan oleh superkonduktor konvensional. Meskipun sifat luar biasa ini telah diterapkan di berbagai bidang, mekanisme yang mendasari superkonduktivitas suhu tinggi masih menjadi misteri.
Inti dari fenomena ini terletak pada interaksi antara pembawa muatan – partikel yang bertanggung jawab membawa arus listrik – yang memungkinkan mereka bergerak dengan mudah melalui struktur atom material. Sebuah studi baru-baru ini yang dilakukan oleh tim peneliti internasional di BESSY II, yang diterbitkan dalam Nature Communications, menyoroti interaksi penting ini dalam jenis superkonduktor suhu tinggi tertentu yang disebut senyawa cuprate.
Para peneliti fokus pada La₂CuO₄, senyawa yang terdiri dari lapisan oksida tembaga (CuO) dan lantanum oksida (LaO) yang berselang-seling. Ketika La₂CuO₄ diolah dengan atom tambahan (didoping), ia menunjukkan superkonduktivitas di bawah 40 Kelvin, dengan perilaku superkonduktor ini terbatas pada lapisan CuO. Khususnya, lapisan LaO tetap berinsulasi bahkan dalam kondisi seperti ini.
Tim ini menggunakan teknik canggih yang disebut Spektroskopi kebetulan fotoelektron Auger ditambah dengan pulsa sinar-X khusus di BESSY II. Hal ini memungkinkan mereka mengukur secara tepat energi pasangan pembawa muatan—khususnya, lubang oksigen, yang pada dasarnya adalah elektron yang hilang di sekitar atom oksigen—dalam setiap lapisan.
Apa yang mereka temukan? Energi interaksi antara pembawa muatan ini secara signifikan lebih lemah di lapisan CuO (di mana terjadi superkonduktivitas) dibandingkan dengan lapisan isolasi LaO. Temuan ini menunjukkan bahwa interaksi yang lebih lemah dalam lapisan oksida tembaga mungkin menjadi faktor kunci yang memungkinkan pembentukan pasangan Cooper – pasangan elektron terikat yang bertanggung jawab atas perilaku superkonduktor.
Penelitian ini memberikan wawasan penting mengenai interaksi kompleks antara pembawa muatan dan interaksinya dalam senyawa kurat. Meskipun masih banyak yang belum diketahui tentang superkonduktivitas suhu tinggi, penelitian ini menunjukkan perbedaan menarik dalam energi interaksi yang secara signifikan dapat berkontribusi untuk membuka potensi penuhnya. Investigasi di masa depan yang mengeksplorasi perbedaan-perbedaan ini secara lebih rinci dapat membuka jalan untuk merancang bahan superkonduktor yang lebih baik dengan aplikasi yang berpotensi transformatif di berbagai industri.
