Ilmu pengetahuan dasar mengajarkan kita bahwa zat memiliki tiga wujud utama: padat, cair, dan gas, masing-masing dengan sifat partikel yang jelas dan berbeda. Namun, sebuah tim peneliti internasional baru-baru ini menemukan material yang menentang batasan-batasan tersebut, membuka jalan bagi teknologi masa depan yang sebelumnya dianggap mustahil.
Memahami Sifat Dasar Zat
Secara fundamental, zat didefinisikan sebagai segala sesuatu yang memiliki massa dan menempati ruang. Sifat-sifat wujud zat ditentukan oleh perilaku partikel-partikel penyusunnya.
-
Zat Padat memiliki bentuk dan volume yang tetap karena partikelnya tersusun sangat rapat dan teratur. Gaya tarik antarpartikelnya sangat kuat, menyebabkan partikel hanya bisa bergetar di tempatnya tanpa berpindah posisi.
-
Zat Cair memiliki volume tetap namun bentuknya selalu mengikuti wadahnya. Ini karena partikelnya tersusun agak berdekatan tetapi tidak teratur. Gaya antarpartikelnya lebih lemah, memungkinkan partikel bergerak bebas tetapi tetap berada dalam kelompoknya.
-
Zat Gas tidak memiliki bentuk maupun volume yang tetap. Partikel-partikelnya bergerak sangat bebas dan acak dengan jarak yang sangat berjauhan. Gaya tarik antarpartikelnya nyaris tidak ada, sehingga partikel gas akan mengisi seluruh ruang yang tersedia.
Zat juga dapat mengalami perubahan, baik secara fisika maupun kimia. Perubahan fisika, seperti es yang mencair atau air yang menguap, tidak menghasilkan zat baru. Sebaliknya, perubahan kimia, seperti singkong menjadi tape atau kertas yang dibakar, menghasilkan zat baru dengan sifat yang sama sekali berbeda. Perubahan ini sering kali melibatkan penyerapan atau pelepasan energi panas.
Penemuan Logam yang Melawan Konvensi
Di tengah pemahaman dasar tersebut, sebuah tim peneliti internasional yang dipimpin oleh Universitas Bayreuth, Jerman, telah menemukan sebuah logam dengan sifat yang dianggap kontradiktif. Material bernama magnesium klorida (Mg₃Cl₇) ini menggabungkan konduktivitas listrik layaknya logam dengan polaritas internal, sebuah sifat yang biasanya hanya ditemukan pada non-logam.
Temuan yang dipublikasikan dalam Journal of the American Chemical Society ini menjadi sangat menarik untuk pengembangan sensor dan rekayasa kelistrikan. Material yang dapat menghantarkan listrik sekaligus memanipulasi cahaya sangat dicari untuk menciptakan chip komputer yang lebih cepat dan efisien, sensor medis yang lebih presisi, serta komponen baru untuk sistem komunikasi optik.
Sifat Unik Mg₃Cl₇
Biasanya, logam menghantarkan listrik melalui “lautan” elektron bebas yang mengelilingi atom-atomnya. Namun, pada Mg₃Cl₇, konduktivitas terjadi melalui elektron yang disediakan oleh ion klorida, menjadikannya sebuah logam anionik. Mekanisme unik ini memungkinkan senyawa tersebut untuk mempertahankan pemisahan muatan internal permanen, atau yang disebut polaritas.
Yang lebih menakjubkan, logam polar ini tidak hanya menghantarkan listrik, tetapi juga menunjukkan fenomena second harmonic generation—ketika dikenai cahaya, ia memancarkan kembali cahaya dengan frekuensi dua kali lipat dari frekuensi aslinya. Kombinasi langka antara konduktivitas listrik, polaritas, dan kemampuan optik ini sangat berharga untuk aplikasi di bidang elektronik dan energi.
“Sangat menarik bahwa kami telah menemukan logam yang tidak hanya menghantarkan listrik tetapi juga memancarkan cahaya dengan cara yang tidak terduga,” kata Dr. Yuqing Yin, peneliti pascadoktoral di Universitas Bayreuth dan penulis utama studi tersebut. “Kombinasi semacam ini sangat tidak biasa di alam dan membuka perspektif yang sama sekali baru untuk desain material multifungsi.”
Tercipta di Bawah Tekanan Ekstrem
Penemuan ini dilakukan dalam kondisi tekanan sangat tinggi menggunakan diamond anvil cell, sebuah instrumen yang mampu menciptakan tekanan setara dengan yang ada di inti planet. Karena material ini hanya stabil dalam kondisi ekstrem, tim peneliti menggunakan sinar-X sinkrotron yang intens untuk menentukan struktur kristalnya secara langsung.
Meskipun Mg₃Cl₇ belum dapat diproduksi dalam skala industri, penemuan ini membuka pintu bagi kelas material baru yang menggabungkan konduktivitas logam dengan sifat optik yang berharga.
“Kami baru berada di permulaan,” catat Profesor Dr. Leonid Dubrovinsky, peneliti senior di Bavarian Geoinstitute (BGI) Universitas Bayreuth. “Prinsip-prinsip yang telah kami ungkapkan menawarkan cara berpikir baru tentang kimia dan ilmu material, yang berpotensi mengarah pada pengembangan teknologi canggih di bidang fotonik, perangkat kuantum, atau energi.”
