Connect with us

Ilmu

Fisikawan MIT telah menemukan bahwa graphene tiga lapis ‘sudut ajaib’ mungkin merupakan superkonduktor tahan magnet yang langka.

Published

on

Fisikawan di Massachusetts Institute of Technology telah memperhatikan tanda-tanda jenis superkonduktivitas yang langka dalam bahan yang disebut “sudut ajaib” dari graphene tiga lapis yang bengkok. Kredit: Atas perkenan Pablo Jarillo-Herrero, Yuan Cao, Taman Jeong Min, dkk

Temuan baru dapat membantu merancang mesin MRI yang lebih kuat atau komputer kuantum yang kuat.

Fisikawan di Massachusetts Institute of Technology telah memperhatikan tanda-tanda jenis superkonduktivitas yang langka dalam bahan yang disebut graphene tiga lapis sihir bengkok. Dalam sebuah penelitian yang muncul di alamPara peneliti melaporkan bahwa bahan tersebut menunjukkan superkonduktivitas dalam medan magnet yang sangat tinggi hingga 10 Tesla, yang tiga kali lebih tinggi dari bahan yang diharapkan untuk bertahan jika itu adalah superkonduktor konvensional.

Hasilnya sangat menyarankan bahwa graphene tiga lapis ajaib, yang awalnya ditemukan oleh kelompok yang sama, adalah jenis superkonduktor yang sangat langka, yang dikenal sebagai “spin triplet”, tahan terhadap medan magnet tinggi. Superkonduktor eksotis semacam itu dapat sangat meningkatkan teknik seperti pencitraan resonansi magnetik, yang menggunakan kabel superkonduktor di bawah medan magnet untuk beresonansi dengan jaringan biologis dan menggambarkannya. Mesin MRI saat ini terbatas pada medan magnet dari 1 hingga 3 Tesla. Jika mereka dapat dibangun menggunakan superkonduktor tiga putaran, MRI dapat beroperasi di bawah medan magnet yang lebih tinggi untuk menghasilkan gambar tubuh manusia yang lebih jelas dan lebih dalam.

Bukti baru untuk superkonduktivitas tiga putaran dalam graphene berlapis tiga juga dapat membantu para ilmuwan merancang superkonduktor yang lebih kuat untuk komputasi kuantum praktis.

“Nilai dari eksperimen ini adalah apa yang diajarkannya tentang superkonduktivitas dasar, dan bagaimana bahan dapat berperilaku, jadi dengan pelajaran ini kita dapat mencoba merancang prinsip untuk bahan lain yang lebih mudah dibuat, dan mungkin itu akan memberi Anda superkonduktivitas yang lebih baik,” kata Pablo. Jarillo-Herrero, Cecil dan Profesor Fisika Ida Green di Massachusetts Institute of Technology.

READ  Astronot Kate Robbins dan Soichi Noguchi melakukan perjalanan luar angkasa keempat

Rekan penulis makalah ini termasuk Yuan Kao dan mahasiswa pascasarjana Jeong Min Park di Massachusetts Institute of Technology, Kenji Watanabe dan Takashi Taniguchi dari National Institute of Materials Science di Jepang.

transformasi aneh

Bahan superkonduktor didefinisikan oleh kemampuannya yang sangat efisien untuk menghantarkan listrik tanpa kehilangan energi. Saat terkena arus listrik, elektron dalam superkonduktor dipasangkan dalam “pasangan tembaga” yang kemudian berjalan melalui material tanpa hambatan, seperti penumpang di kereta cepat.

Pada kebanyakan superkonduktor, pasangan penumpang ini memiliki putaran yang berlawanan, dengan satu elektron berputar ke atas dan yang lainnya ke bawah — konfigurasi yang dikenal sebagai “putaran tunggal”. Pasangan ini dipercepat oleh superkonduktor, kecuali medan magnet tinggi, yang dapat menggeser energi setiap elektron ke arah yang berlawanan, memisahkan pasangan dari satu sama lain. Dengan cara ini, dan melalui mekanisme, medan magnet yang tinggi dapat mengganggu superkonduktivitas pada superkonduktor spin konvensional.

“Ini adalah alasan utama mengapa superkonduktivitas menghilang di medan magnet yang cukup besar,” kata Park.

Tetapi ada beberapa superkonduktor aneh yang tidak terpengaruh oleh medan magnet, meskipun kekuatannya sangat besar. Bahan-bahan ini bersifat superkonduktor melalui pasangan elektron yang memiliki spin yang sama – suatu sifat yang dikenal sebagai “triple spin”. Ketika terkena medan magnet yang tinggi, energi dari dua elektron dalam pasangan Cooper bergeser ke arah yang sama, sehingga mereka tidak terpisah satu sama lain tetapi terus menjadi superkonduktor tanpa gangguan, terlepas dari kekuatan medan magnet.

Kelompok Jarillo-Herrero ingin tahu apakah graphene sudut ajaib berlapis tiga dapat memberikan petunjuk tentang superkonduktivitas tiga putaran yang tidak biasa. Tim tersebut telah menghasilkan karya terobosan yang mempelajari struktur graphene moiré – lapisan tipis atom dari kisi karbon yang, ketika ditumpuk pada sudut tertentu, dapat menyebabkan perilaku elektronik yang mengejutkan.

READ  Perjalanan Luar Angkasa Bisa Berdampak Buruk Bagi Bumi, Begini Penjelasannya

Para peneliti awalnya melaporkan sifat aneh seperti itu dalam dua lembar graphene sudut, yang mereka sebut graphene bilayer ajaib. Mereka segera mengikuti tes graphene tri-layer, formasi sandwich dari tiga lembar graphene yang ditemukan lebih kuat daripada rekan dua lapisnya, sambil mempertahankan superkonduktivitasnya pada suhu yang lebih tinggi. Ketika para peneliti menerapkan medan magnet sederhana, mereka memperhatikan bahwa graphene tiga lapis mampu melakukan superkonduktor pada kekuatan medan yang akan menghancurkan superkonduktivitas di graphene bilayer.

“Kami pikir ini adalah hal yang sangat aneh,” kata Jarilo Herrero.

kembalinya ajaib

Dalam studi baru mereka, para fisikawan menguji superkonduktivitas graphene tiga lapis di bawah medan magnet yang semakin tinggi. Mereka membuat bahan dengan mengupas lapisan tipis karbon dari blok grafit, menumpuk tiga lapisan bersama-sama, dan memutar lapisan tengah sebesar 1,56 derajat terhadap lapisan luar. Mereka menempelkan elektroda ke kedua ujung material untuk mengalirkan arus melaluinya dan mengukur energi yang hilang dalam proses tersebut. Kemudian mereka menyalakan magnet besar di lab, dengan medan yang mereka arahkan sejajar dengan materi.

Ketika mereka meningkatkan medan magnet di sekitar graphene tiga lapis, mereka memperhatikan bahwa superkonduktivitas bertahan cukup kuat sebelum menghilang, tetapi kemudian muncul kembali secara menarik pada kekuatan medan yang lebih tinggi – kebangkitan yang sangat tidak biasa yang tidak diketahui terjadi pada superkonduktor konvensional.

“Dalam superkonduktor satu putaran, jika Anda membunuh superkonduktivitas, itu tidak akan pernah kembali – itu hilang selamanya,” kata Kao. “Di sini, dia muncul kembali. Jadi ini jelas menunjukkan bahwa bahan ini tidak sepotong-sepotong.”

Mereka juga mencatat bahwa setelah “masuk kembali”, superkonduktivitas bertahan hingga 10 Tesla, kekuatan medan maksimum yang dapat dihasilkan oleh magnet laboratorium. Ini sekitar tiga kali lebih tinggi dari apa yang superkonduktor harus tahan jika itu adalah putaran tunggal konvensional, menurut batas Pauli, sebuah teori yang memprediksi medan magnet maksimum di mana suatu material dapat mempertahankan superkonduktivitas.

READ  Helikopter Mars Siap untuk Uji Penerbangan Historis Awal April

Munculnya superkonduktivitas dari graphene tiga lapis, dikombinasikan dengan stabilitasnya yang lebih tinggi dari perkiraan di medan magnet, mengesampingkan kemungkinan bahwa material tersebut adalah superkonduktor biasa. Sebaliknya, kemungkinan besar spesies yang sangat langka ini, mungkin triplet, menampung sepasang Cooper yang melaju melalui material, kedap terhadap medan magnet tinggi. Tim berencana untuk mengebor materi untuk mengkonfirmasi keadaan putaran yang tepat, yang dapat membantu merancang MRI yang lebih kuat, serta komputer kuantum yang lebih kuat.

“Komputasi kuantum biasa sangat rapuh,” kata Jarillo Herrero. “Anda melihatnya dan itu menghilang homo. Sekitar 20 tahun yang lalu, para ahli teori mengusulkan jenis superkonduktivitas topologi yang, jika dicapai dalam bahan apa pun, dapat [enable] Komputer kuantum di mana keadaan yang bertanggung jawab untuk komputasi sangat kuat. Ini akan memberikan lebih banyak dan lebih banyak kekuatan tak terbatas untuk melakukan perhitungan. Elemen kunci yang harus diwaspadai adalah superkonduktor triple spin, dari jenis tertentu. Kami tidak tahu apakah spesies kami seperti itu. Tetapi bahkan jika ini tidak terjadi, itu dapat memfasilitasi penempatan graphene tiga lapis dengan bahan lain untuk merekayasa jenis superkonduktivitas ini. Ini bisa menjadi peretasan yang hebat. Tapi ini masih terlalu dini.”

Referensi: “Pelanggaran batas Pauli dan masuknya kembali superkonduktivitas ke dalam graphene riak” Oleh Yuan Kao, Park Jeong Min, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, dan Pablo Jarillo-Herrero, 21 Juli 2021, alam.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03685-y

Penelitian ini didukung oleh Departemen Energi AS, National Science Foundation, Gordon and Betty Moore Foundation, Ramon Arises Foundation, dan Sevare Quantum Materials Program.

Continue Reading
Click to comment

Leave a Reply

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *

Ilmu

Kristal kuantum dengan “pembalikan waktu” bisa menjadi sensor baru untuk materi gelap

Published

on

Fisikawan di Institut Nasional Standar dan Teknologi (NIST) telah mengkorelasikan atau “melibatkan” gerakan mekanik dan sifat elektronik dari kristal biru kecil, memberikan keuntungan kuantum dalam mengukur medan listrik dengan sensitivitas rekor yang merupakan pemahaman alam semesta.

Sensor kuantum terdiri dari 150 ion berilium (atom bermuatan listrik) yang terkunci dalam medan magnet sehingga menyusun diri menjadi kristal 2D datar dengan diameter hanya 200 juta meter. Sensor kuantum seperti ini memiliki potensi untuk mendeteksi sinyal dari materi gelap – zat misterius yang, di antara teori lainnya, dapat berubah menjadi partikel subatomik yang berinteraksi dengan materi normal melalui medan elektromagnetik yang lemah. Kehadiran materi gelap dapat menyebabkan kristal bergoyang dengan cara yang berbahaya, yang diekspresikan oleh perubahan kolektif antara ion kristal dalam salah satu sifat elektroniknya yang disebut spin.

Seperti yang dijelaskan dalam edisi 6 Agustus 2021 Sainspeneliti mampu mengukur eksitasi getaran kristal – bidang datar yang bergerak naik turun seperti gendang telinga – dengan memantau perubahan dalam putaran kolektif. Pengukuran rotasi menunjukkan tingkat eksitasi getaran, yang disebut sebagai perpindahan.

Ilustrasi kristal kuantum dari NIST. Kredit foto: Burrows / JILA

Sensor ini dapat mengukur medan listrik eksternal yang memiliki frekuensi osilasi yang sama dengan kristal, dengan sensitivitas lebih dari 10 kali lipat dari semua sensor atom yang ditunjukkan sebelumnya. (Secara teknis, sensor dapat mengukur 240 nanovolt per meter dalam satu detik.) Dalam percobaan, para peneliti menerapkan medan listrik yang lemah untuk merangsang dan menguji sensor kristal. Pencarian materi gelap akan mencari sinyal seperti itu.

“Kristal ion dapat mendeteksi jenis materi gelap tertentu – contohnya termasuk axion dan foton tersembunyi – yang berinteraksi dengan materi normal melalui medan listrik yang lemah,” kata John Bollinger, penulis senior NIST. “Materi gelap membentuk sinyal latar belakang dengan frekuensi berosilasi yang bergantung pada massa partikel materi gelap. Eksperimen untuk menemukan jenis materi gelap ini telah berlangsung dengan sirkuit superkonduktor selama lebih dari satu dekade. Pergerakan ion yang terperangkap memastikan sensitivitas pada rentang frekuensi yang berbeda.”

READ  Menemukan Galaksi mirip Pesawat Darth Vader dari Star Wars

Kelompok Bollinger telah bekerja dengan kristal ion selama lebih dari satu dekade. Yang baru adalah penggunaan jenis sinar laser tertentu untuk menjerat gerakan kolektif dan putaran sejumlah besar ion, serta apa yang disebut para peneliti sebagai strategi “pembalikan waktu” untuk mendeteksi hasilnya.

Kristal kuantum

Ilustrasi kristal kuantum dari NIST. Kredit foto: Burrows / JILA

Eksperimen ini mendapat manfaat dari kolaborasi dengan ahli teori NIST Ana Maria Rey, yang bekerja di JILA, institut gabungan NIST dan University of Colorado Boulder. Pekerjaan teoretis sangat penting dalam memahami keterbatasan pengaturan laboratorium, menyediakan model baru untuk memahami eksperimen yang valid untuk sejumlah besar ion yang terperangkap, dan menunjukkan bahwa manfaat kuantum dihasilkan dari belitan dalam putaran dan gerak, kata Bollinger.

Rey mencatat bahwa keterjeratan berguna dalam membatalkan kebisingan kuantum intrinsik ion., Namun, sulit untuk mengukur keadaan kuantum terjerat tanpa menghancurkan informasi yang dibagikan antara putaran dan gerak.

“Untuk menghindari masalah ini, John mampu membalikkan dinamika dan mengurai putaran dan gerakan setelah pergeseran diterapkan,” kata Rey. “Kali ini pembalikan memisahkan putaran dari gerakan, dan sekarang putaran kolektif itu sendiri telah menyimpan informasi perpindahan, dan jika kita mengukur putaran, kita dapat menentukan perpindahan dengan sangat akurat. Itu rapi! “

Para peneliti menggunakan gelombang mikro untuk menghasilkan nilai putaran yang diinginkan. Ion dapat spin-up (sering disebut sebagai panah atas), spin-down, atau sudut lainnya, termasuk keduanya pada saat yang sama, keadaan kuantum khusus. Dalam percobaan ini, semua ion memiliki putaran yang sama – pertama ke atas dan kemudian secara horizontal – sehingga ketika tereksitasi mereka berputar bersama dalam pola karakteristik giroskop.

READ  NASA Melihat Struktur Biru Aneh Bersinar di Mars

Sinar laser bersilangan dengan perbedaan frekuensi yang hampir sama dengan gerakan digunakan untuk menjerat putaran kolektif dengan gerakan. Kristal tersebut kemudian digetarkan. Laser dan microwave yang sama digunakan untuk memutuskan ikatan. Untuk menentukan seberapa banyak kristal bergerak, para peneliti mengukur tingkat putaran fluoresensi ion (spin-up menyebarkan terang, spin-down gelap).

Di masa depan, meningkatkan jumlah ion menjadi 100.000 dengan membuat kristal 3D diharapkan dapat meningkatkan kemampuan deteksi tiga puluh kali lipat. Selain itu, stabilitas gerakan tereksitasi kristal dapat ditingkatkan, yang akan meningkatkan proses pembalikan waktu dan akurasi hasil.

“Jika aspek ini dapat ditingkatkan, eksperimen ini dapat menjadi sumber daya mendasar untuk mendeteksi materi gelap,” kata Rey. “Kita tahu bahwa 85% materi di alam semesta terdiri dari materi gelap, tetapi sampai hari ini kita tidak tahu apa itu materi gelap. Eksperimen ini memungkinkan kita untuk mengungkap rahasia ini di masa depan.”

Rekan penulis termasuk peneliti dari University of Oklahoma. Pekerjaan ini didukung sebagian oleh Departemen Energi AS, Kantor Penelitian Ilmiah Angkatan Udara, Badan Proyek Penelitian Lanjutan Pertahanan, Kantor Penelitian Angkatan Darat, dan National Science Foundation.

Referensi: “Sensor perpindahan dan medan listrik yang ditingkatkan kuantum dengan kristal ion terperangkap dua dimensi” oleh KA Gilmore, M. Affolter, RJ Lewis-Swan, D. Barberena, E. Jordan, AM Rey dan JJ Bollinger., 5 Agustus, 2021, Sains.
DOI: 10.1126 / science.abi5226

Continue Reading

Ilmu

Tidak Sulit, Begini Cara Menanam Bunga Kosmos Dalam Pot

Published

on

JAKARTA, KOMPAS.com – Jika Anda mencari tanaman hias dalam pot berisi bunga-bunga indah, bunga kosmos adalah pilihan yang tepat. Menanam bunga kosmos dalam pot cukup mudah dilakukan.

Anda akan diberikan banyak bunga untuk dijadikan bunga potong atau bunga kering, atau Anda bisa menikmati keindahan bunga yang masih dalam pot.

Dilaporkan dari Berkebun Tahu Bagaimana, Kamis (5/8/2021), begini caranya menanam bunga kosmos dalam panci.

Baca juga: Cara Menyingkirkan Lebah Pemotong Daun dari Tanaman Mawar

Bunga kosmos dapat berhasil ditanam dalam pot. tanaman bunga ini bisa tumbuh setinggi 2 meter, jadi carilah varietas kerdil atau ramping untuk pot.

PIXABAY/GARY STEARMAN Ilustrasi bunga kosmos.

Dari 20 spesies bunga kosmos tahunan dan abadi, kultivar C. belerang dan C. bipinnatus paling cocok untuk pot. Varietas C. sulphureus datang dalam nuansa kuning, oranye, dan merah, sedangkan C. bipinnatus mekar dalam warna pink dan merah.

Dapatkan informasi, inspirasi dan wawasan dari surel Anda.
Daftar surel

Bisakah Anda menanam bunga kosmos dalam pot dengan tanah kebun?

Dua hal terjadi ketika Anda mengisi wadah dengan tanah kebun biasa. Pertama, tanah akan padat, sehingga sulit bagi air untuk mengalir dan udara untuk sampai ke akar.

Kedua, tarik tanah keluar dari sisi pot sehingga air mengalir ke sisi pot dan keluar dari lubang drainase tanpa membasahi tanah.

Baca juga: 4 Pilihan Bunga yang Bisa Dimakan, Mudah Ditanam di Pekarangan Rumah

Media tanam yang khas mengelola air secara efisien dan sebagian besar media tanam komersial menyertakan pupuk lepas lambat yang cukup untuk memberi makan tanaman selama paruh pertama musim.

READ  Pesawat luar angkasa China pertama di Mars mulai menjelajahi planet merah
Continue Reading

Ilmu

Bisakah Asteroid Ditambang Untuk Penduduk Bumi? Ini adalah kata LAPAN

Published

on

Jakarta, CNBC Indonesia – Menambang asteroid konon bisa memberikan manfaat yang melimpah bagi yang melakukannya. Lembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional (LAPAN) mengatakan asteroid bisa menjadi sumber daya yang berharga bagi peradaban manusia karena menyimpan sejumlah mineral untuk kehidupan sehari-hari.

Peneliti Pusat Sains dan Antariksa LAPAN, Andi Princeg, mengatakan hal itu terjadi di tengah meningkatnya permintaan bahan logam. Sementara itu, penambangan di Bumi belum cukup untuk menopang peradaban manusia.

“Di tengah berkurangnya sumber daya mineral di Bumi akibat eksploitasi besar-besaran, ekstraksi unsur-unsur berharga dari asteroid yang kemudian dibawa ke Bumi untuk mendapatkan keuntungan adalah ide yang cukup menarik, meski ada beberapa kesulitan yang terjadi di antaranya,” kata Andi. dikutip dari pernyataan tersebut. Lapan Lapan Ilmu Pendidikan, Kamis (5/8/2021).

Dia mengatakan kesulitannya bisa menjadi biaya mahal untuk terbang ke luar angkasa. Selain itu, identifikasi asteroid yang tidak bisa diandalkan saat ditambang dan juga ekstraksi bijih logamnya bisa menjadi tantangan tersendiri.

“Itulah sebabnya hingga saat ini, penambangan di Bumi masih menjadi satu-satunya cara untuk mendapatkan bahan baku mineral,” katanya.

Andi mengatakan ada sejumlah misi untuk membawa kembali sampel asteroid ke Bumi. Sebagai contoh, misi Hayabusa dan Hayabusa 2 oleh Badan Antariksa Jepang, JAXA dan NASA dengan OSIRIS-REx masih berlangsung untuk sampel asteroid 101955 Bennu, yang direncanakan berbobot 60 gram.

Secara umum ada tiga tipe asteroid, yaitu Tipe C (karbon), Tipe S (mineral silikat), dan Tipe M (sedang). Pada tipe C, asteroid mengandung air yang melimpah dan biaya misi dapat ditekan dengan menggunakan air pada objek. Selain itu, ada juga karbon organik, fosfor dan bahan utama lainnya untuk pupuk di asteroid ini.

READ  NASA Melihat Struktur Biru Aneh Bersinar di Mars

Sedangkan Tipe S mengandung lebih sedikit air tetapi mengandung lebih banyak logam termasuk nikel, kobalt, dan logam yang lebih berharga (emas, platinum, dan rhodium). Andi menulis bahwa asteroid tipe S berukuran 10 meter itu mengandung 650 ton logam dengan 50 kg di antaranya merupakan bentuk langka seperti platinum dan emas.

Tipe M mengandung hingga 10 kali lebih banyak logam daripada Tipe S. Namun, asteroid ini jarang terjadi.

“Asteroid Near-Earth dengan subclass Easy Recoverable Object (ERO) dianggap sebagai kandidat potensial untuk aktivitas penambangan awal,” kata Andi.

Andi juga memberikan empat opsi untuk menambang asteroid, yaitu:

  1. ISM manufaktur di Luar Angkasa, dapat diaktifkan dengan Bioing atau penambangan biologis.
  2. Membawa bahan mentah asteroid ke Bumi untuk digunakan.
  3. Memprosesnya di tempat dan kemudian membawa kembali bahan yang diproses. Propelan juga dapat diproduksi dalam perjalanan pulang.
  4. Mengangkut asteroid ke orbit yang aman di sekitar Bulan atau Bumi serta ke Stasiun Luar Angkasa Internasional (ISS). Secara hipotetis, ini memungkinkan sebagian besar bahan yang digunakan dan yang lainnya terbuang sia-sia.

[Gambas:Video CNBC]

(roy/roy)



Continue Reading

Trending