Penelitian terbaru dari Universitas Birmingham menunjukkan bahwa struktur elektronik logam dapat secara signifikan memengaruhi sifat mekaniknya.

Penelitian ini, yang diterbitkan dalam jurnal Science, secara eksperimental mendemonstrasikan, untuk pertama kalinya, bahwa sifat elektronik dan mekanik dari sebuah logam terhubung. Sebelumnya, dipahami secara teoritis bahwa akan ada keterkaitan, tetapi dianggap terlalu kecil untuk dideteksi dalam eksperimen.

Dr. Clifford Hicks, Reader in Condensed Matter Physics, yang terlibat dalam penelitian ini, mengatakan, "Sifat mekanik biasanya dijelaskan dalam hal ikatan antar atom, sementara sifat elektronik logam dijelaskan oleh keadaan yang melibatkan banyak atom."

"Jaringan atom (istilah yang digunakan untuk menggambarkan susunan atom) dari sebuah logam dan sifat mekaniknya umumnya dianggap tidak dipengaruhi oleh keadaan elektronik mana yang terisi dan mana yang kosong, tetapi dalam penelitian ini, kami menunjukkan bahwa ini tidak selalu merupakan asumsi yang baik."

Para peneliti dari Universitas Birmingham dan Institut Max Planck untuk Fisika Kimia Benda Padat (di Dresden, Jerman) melakukan eksperimen pada logam superkonduktor stronsium rutenat (Sr2RuO4).

Dengan mengukur distorsi gitter sebagai fungsi tekanan yang diberikan, tim menemukan bahwa ketika Sr2RuO4 dikompresi sekitar 0,5%, ukuran kekakuan mekanik yang dikenal sebagai Modulus Young menurun sekitar 10%, dan kemudian meningkat sekitar 20% ketika bahan tersebut dikompresi lebih lanjut. Perubahan ini sesuai dengan satu set keadaan elektronik baru yang menjadi terisi, pada transisi yang sebelumnya diidentifikasi melalui pengukuran elektronik namun bukan mekanik.

Dr. Hicks mengatakan, "Meskipun sudah umum mengukur hubungan tegangan-regangan dalam rekayasa mekanik, ini bukan sesuatu yang dilakukan untuk mempelajari sifat-sifat elektronik. Hal ini karena logam yang memiliki sifat elektronik menarik cenderung rapuh, sehingga sulit untuk mengaplikasikan gaya besar. Selain itu, regangan besar biasanya diperlukan untuk secara signifikan mengubah sifat-sifat elektronik. Dalam eksperimen ini, sampel Sr2RuO4 dikompresi hingga 1%. Untuk membayangkannya, bayangkan mengambil penggaris setinggi satu meter yang terbuat dari granit, lalu meremasnya hingga panjangnya menjadi 99 cm."

Untuk mengatasi hambatan-hambatan ini, para ilmuwan harus membangun instrumen baru yang dapat mengukur sampel kecil dan ringan, serta dapat menangani suhu kriogenik, karena pengukuran elektronik lebih akurat pada suhu yang lebih rendah. Ini memakan waktu lima tahun untuk perencanaan dan desain.

Penelitian ini adalah yang pertama kali dilakukan. Setelah eksperimen ini berhasil dilakukan pada satu material, para ilmuwan berencana untuk melakukan pengukuran serupa pada logam lainnya. Sebuah versi dari mesin yang dikembangkan untuk proyek ini diproduksi oleh sebuah perusahaan rekayasa berbasis di Inggris, dan seiring dengan pengembangan lebih lanjut, alat ini mungkin menemukan aplikasi dalam studi paduan berkekuatan tinggi.

Proyek ini memberikan contoh bagaimana penelitian murni yang didorong rasa ingin tahu dapat menghasilkan teknologi baru dengan aplikasi praktis.
‌
‌sumber : https://phys.org/news/2023-10-stress-strain-metal-electronic.html
‌image : Unsplash