Para peneliti telah mencapai terobosan signifikan dalam ilmu material dengan menciptakan nanotube logam stabil dari niobium disulfida—suatu prestasi yang selama ini dianggap sulit dipahami. Bahan utama yang tidak terduga? Garam meja biasa. Penemuan ini, yang dipublikasikan di ACS Nano, membuka pintu bagi elektronik yang lebih cepat, kabel superkonduktor, dan bahkan kemungkinan komputer kuantum masa depan.
Nanotube adalah silinder atom yang sangat kecil yang digulung, ribuan di antaranya dapat muat di sehelai rambut manusia. Ukuran dan strukturnya yang unik memberikan sifat luar biasa dibandingkan material curah tradisional. Bahan-bahan tersebut mungkin lebih kuat dari baja namun lebih ringan dari plastik, menghantarkan listrik secara efisien dengan hambatan minimal, mentransfer panas secara efektif, dan bahkan menunjukkan efek kuantum yang tidak biasa.
Karakteristik ini telah membuat nanotube menjadi bahan dasar yang sangat dicari untuk teknologi canggih. Namun, upaya sebelumnya terutama berfokus pada pembuatan nanotube dari karbon (semikonduktor atau semilogam) dan boron nitrida (isolasi). Membuat tabung nano logam, yang berperilaku berbeda pada tingkat atom, terbukti sangat menantang.
Nanotube logam mempunyai potensi besar karena potensinya untuk menunjukkan superkonduktivitas – memungkinkan listrik mengalir tanpa hambatan – dan sifat magnet. “Cangkang ini, pada prinsipnya, dapat menunjukkan fenomena seperti superkonduktivitas dan magnetisme, yang tidak mungkin terjadi dalam versi isolasi atau semikonduktor,” jelas Slava V. Rotkin, profesor ilmu teknik dan mekanika dan peneliti utama di Penn State. “Upaya sebelumnya dengan karbon nanotube tidak mencapai sifat ini karena kerapatan elektron tidak mencukupi.”
Tim fokus pada niobium disulfida, logam yang dikenal superkonduktivitasnya dalam bentuk curah. Mereka berhasil memasukkan logam ini ke dalam tabung yang sangat tipis – lebarnya sepersejuta meter – dengan membungkusnya di sekitar templat yang terbuat dari tabung nano karbon dan boron nitrida.
Proses pembentukan ini membuktikan terobosan penting: biasanya, niobium disulfida lebih suka membentuk lembaran datar.
Solusi yang tidak terduga? Penambahan sedikit garam meja pada titik yang tepat dalam proses pertumbuhan. “Dalam arti tertentu, ini seperti alkimia,” kata Rotkin. “Anda menambahkan bahan kecil ini dan tiba-tiba reaksinya berubah. Tanpa garam, niobium disulfida menjadi datar; dengan garam, ia menyelubungi nanotube dan membentuk cangkang yang kita butuhkan.”
Kejutan lebih lanjut muncul selama observasi. Alih-alih membentuk tabung satu lapis, nanotube ini lebih menyukai struktur cangkang ganda – mirip dengan sedotan yang bersarang.
Rotkin mendalilkan bahwa formasi yang tidak biasa ini didorong oleh aktivitas listrik antar lapisan. “Dengan dua lapisan, elektron dapat berpindah dari satu lapisan ke lapisan lainnya,” jelasnya, “bertindak seperti kapasitor berukuran atom yang menstabilkan seluruh struktur.” Model komputasi mendukung teori ini.
Bentuk gulungan yang unik ini juga menjawab tantangan yang terus-menerus dalam bekerja dengan material 2D datar. Untuk membuat kawat nano dari lembaran ini, para ilmuwan biasanya menggunakan litografi – mirip dengan pola etsa pada chip silikon. Namun, pada skala yang sangat kecil, ukiran meninggalkan tepi bergerigi sehingga mengganggu sifat material.
“Jika Anda menggulungnya,” Rotkin mencatat, “Anda akan mendapatkan cangkang tanpa ikatan yang menjuntai. Diameter cangkang memberi tahu Anda perilaku apa yang akan terjadi. Nanotube jauh lebih tidak acak dibandingkan kawat nano yang dipotong dari lembaran dua dimensi.” Ketepatan ini dapat membuat nanotube logam sangat berharga untuk aplikasi yang memerlukan kinerja andal pada skala nano.
Meskipun penelitian masih dalam tahap awal, bukti konsep ini menawarkan gambaran sekilas tentang kemungkinan-kemungkinan menarik. “Ini adalah hasil awal,” kata Rotkin, “tetapi hasil ini menunjukkan bahwa kita dapat mengembangkan nanotube logam dan mulai memahami stabilitasnya. Dari sini, kita dapat mulai memikirkan cara mengintegrasikannya ke dalam teknologi.”
Proyek ini menggarisbawahi kekuatan kolaborasi internasional. “Ini bukanlah pekerjaan yang bisa dilakukan secara terpisah,” Rotkin menekankan. “Dibutuhkan tim dengan keahlian yang beragam, dan saya beruntung menjadi bagian dari tim tersebut.”
Penelitian di masa depan dapat membuka jalan bagi kabel superkonduktor yang memungkinkan elektronik lebih cepat, serta mengeksplorasi aplikasi dalam komputasi kuantum – teknologi yang bergantung pada pemanfaatan sifat unik material pada skala nano.
