Ilmuwan Ciptakan Jenis Logam yang Bisa Mengalir

REPUBLIKA.CO.ID, JAKARTA -- Dalam sebuah studi baru, ilmuwan kini telah menemukan jenis logam di mana elektron benar-benar mengalir seperti cairan (seperti air dalam pipa) karena berinteraksi dengan kuasipartikel yang disebut fonon. Aliran ini muncul dari getaran dalam struktur kristal.

Hal ini menyebabkan elektron bergeser dari perilaku difusif (seperti partikel) ke hidrodinamik (seperti cairan) dalam pergerakannya. Superkonduktor logam yang menyebabkan perilaku ini adalah sintesis niobium dan germanium yang disebut ditetrelide (NbGe2). Secara potensial, jenis logam itu bisa memunculkan perangkat elektronik jenis baru.

“Kami ingin menguji prediksi terbaru dari cairan elektron-fonon,” kata fisikawan eksperimental Fazel Tafti dari Boston College, dilansir dari Sciencealert, Rabu (8/9).

“Biasanya, elektron dihamburkan oleh fonon yang mengarah ke gerakan difusi elektron yang biasa terjadi dalam logam. Sebuah teori baru menunjukkan bahwa ketika elektron berinteraksi kuat dengan fonon, mereka akan membentuk cairan elektron-fonon yang bersatu. Cairan baru ini akan mengalir di dalam logam persis dengan cara yang sama seperti air mengalir dalam pipa,” ujarnya.

Tiga metode eksperimental mengonfirmasi hipotesis cairan elektron-fonon yang disusun oleh Tafti dan rekan-rekannya. Pertama adalah pengukuran resistivitas listrik dalam logam. Pengukuran menunjukkan elektronnya memiliki massa yang lebih tinggi dari yang biasanya diharapkan.

Kedua, analisis laser hamburan Raman menunjukkan getaran NbGe2 berubah karena aliran elektron yang tidak biasa. Akhirnya, teknik difraksi sinar-X mengungkapkan struktur kristal logam.

Massa elektron tiga kali lebih besar dari yang seharusnya. Pendekatan pemetaan material yang dikenal sebagai osilasi kuantum menunjukkan: tanda lain bahwa elektron dan fonon menyebabkan perilaku yang tidak biasa.

“Ini benar-benar mengejutkan karena kami tidak mengharapkan ‘elektron berat’ seperti itu dalam logam yang tampaknya sederhana,” kata Tafti.

“Akhirnya, kami memahami bahwa interaksi elektron-fonon yang kuat bertanggung jawab atas perilaku elektron berat. Karena elektron berinteraksi dengan getaran kisi atau fonon, secara kuat, mereka ‘diseret’ oleh kisi dan tampak seolah-olah mereka telah memperoleh massa dan memberat,” ujarnya lagi.

Saat ini ada banyak minat penelitian dalam gagasan cairan elektron-fonon, meskipun belum sepenuhnya jelas apa implikasinya bagi gadget elektronik dan sistem komunikasi masa depan. Karya baru ini membuka banyak pilihan menarik untuk penelitian masa depan.

Selanjutnya, para peneliti ingin menemukan bahan lain yang berperilaku dengan cara yang sama seperti NbGe2 dan bekerja untuk mengendalikan aliran fluida elektron untuk aplikasi masa depan.

“Sementara hamburan elektron-fonon melemaskan momentum elektron dalam logam, pertukaran momentum yang terus-menerus antara fonon dan elektron dapat menghemat momentum total dan mengarah ke cairan elektron-fonon yang digabungkan. Fase materi seperti itu bisa menjadi platform untuk mengamati hidrodinamika elektron,” kata para peneliti menjelaskan studi mereka.