Dalam sebuah penelitian yang diterbitkan di Ilmu Pengetahuan Lanjut, peneliti yang dipimpin oleh Prof. Zhong Guohua dari Shenzhen Institute of Advanced Teknologi (SIAT) dari Chinese Academy of Sciences (CAS) telah membuat prediksi mengenai superkonduktivitas di atas 100 K dalam jaringan sangkar karbon.
Dengan memanfaatkan perhitungan prinsip pertama, mereka membuat karbida dengan karakteristik struktural jaringan sangkar karbon, mencapai penggandengan elektron-fonon yang kuat dan melampaui suhu transisi superkonduktor karbida konvensional seperti intan, graphene, tabung nano karbon, dan fullerene.
Baru-baru ini, terdapat lonjakan minat terhadap superkonduktivitas dalam senyawa unsur ringan, khususnya dalam konteks superkonduktivitas suhu tinggi bertekanan lingkungan. Bahan karbon, sebagai perwakilan senyawa unsur ringan, dianggap sebagai landasan bahan masa depan.
Meskipun superkonduktivitas telah terdeteksi pada bahan berbasis karbon tertentu termasuk intan, graphene, tabung nano karbon, dan fullerene, suhu transisi superkonduktor (Tc) tetap berada di bawah titik kritis 77 K, titik didih nitrogen cair.
Untuk mengeksplorasi pengembangan superkonduktor bahan karbon dengan peningkatan Tc, para peneliti merancang dua struktur karbon baru yang menampilkan jaringan seperti sangkar. Mereka dengan cermat menyelidiki superkonduktivitasnya dengan memperkenalkan dopan logam. Unit kandang ini, C24 dan C32, saling berhubungan melalui permukaan bersama untuk membuat struktur kristal.
Perhitungan throughput tinggi telah mengantisipasi bahwa struktur jaringan seperti sangkar ini dapat menunjukkan superkonduktivitas suhu tinggi di bawah tekanan sekitar ketika diolah dengan logam. Khususnya, C24 kristal jaringan sangkar yang diolah dengan logam Na, Mg, Al, In, dan Tl menunjukkan superkonduktivitas suhu tinggi melebihi 100 K. Hal ini tidak hanya mengungguli Tc bahan karbon umum seperti intan, graphene, tabung nano karbon, dan fullerene tetapi juga jauh melebihi titik didih nitrogen cair.
Selain itu, para peneliti mengungkapkan bahwa penggabungan struktur sangkar memainkan peran penting, menghasilkan interaksi elektron-fonon yang lebih kuat dibandingkan dengan bahan karbon lainnya dan menyebabkan T lebih tinggi.c. Mereka menemukan bahwa superkonduktivitas karbida dengan jaringan sangkar sangat bergantung pada elektronegativitas dan konsentrasi doping logam yang dimasukkan. Keelektronegatifan yang lebih lemah dan konsentrasi doping yang lebih tinggi cenderung menghasilkan T yang lebih tinggic nilai-nilai.
“Temuan kami memberikan cara yang menjanjikan untuk pengembangan T tinggic superkonduktor. Kami mengantisipasi bahwa pekerjaan ini akan menginspirasi penyelidikan eksperimental dan teoritis terhadap superkonduktor suhu tinggi berdasarkan karbida,” kata Prof. Zhong.