Nothing in life is to be feared, it is only to be understood (Marie Curie)Sejarah ringkas penemuan kuasi kristal
Nobel kimia pada tahun 2011 secara eksklusif dianugerahkan kepada Daniel Shechtman dari Israel atas penemuan kuasi kristal. Penemuan yang terjadi pada tahun 1982 itu, tidak hanya berbuah piagam Nobel kimia dan uang sejumlah 10 Juta SEK (sekitar 1 Juta Euro) namun juga membersitkan pelajaran akan pentingnya memiliki sifat kerendahan hati bagi seorang ilmuwan.
Di dalam ilmu kristallographi, kristal secara definisi memiliki sifat keteraturan (order), periodik dan simetri. Selain itu, sudah menjadi aturan yang lazim bahwa rotational symmetry 5 dan diatas 6 umumnya tidak dapat terjadi sehingga secara definisi tidak dapat dibenarkan. Salah satu cara mudah untuk membuktikan bahwa simetri 5 tidak dibenarkan adalah dengan membentuk ubin lantai yang berbentuk segi lima maka ubin tersebut tidak dapat menutup permukaan lantai secara rapat karena ada celah kosong diantara ubin segilima tersebut. Atau dengan kata lain, simetri 5 tidak memiliki sifat translational simmetry.
Penemuan kuasi kristal terjadi saat Dan Shechtman mengamati alloy campuran alumunium dan mangaan dimana pola difraksi yang dihasilkan menghasilkan simetri 10. Hal ini bertentangan dengan definisi kristal yang sudah dijabarkan di atas. Sifat khas kuasi kristal adalah adanya pola atom yang aperiodik (non periodik) namun tetap teratur karena jarak anatar atom memiliki rasio bilangan Fibonacci (terkenal juga sebagai golden ratio). Selain itu, pola atom segilima dapat ditemukan dalam kuasi kristal yang mengejutkan dunia kristallografi pada era 80an. Dengan penemuan ini, pada tahun 1984 ia mengirim manuskrip ke Journal of Applied Physics namun berbuah penolakan dini dari editornya. Dengan menggandeng ahli matematika, artikel kuasi kristal oleh Shechtman dkk. yang pertama akhirnya dapat diterbitkan di Physical Review Letters.
Fenomena aperiodik mozaik telah menarik perhatian ahli matematika pada era 60-70an. Masalah ini akhirnya terpecahkan secara elegan oleh Roger Penrose asal Inggris dengan membentuk aperiodik mozaik hanya dengan dua buah jenis ”ubin”. Penemuan Penrose menginspirasi beragam keilmuan. Salah satunya sebagai dasar untuk meneliti pola aperiodik mozaik yang terdapat di Istana Alhambra di Spanyol dan Darb I Imam di Iran yang meruakan peninggalan kebudayaan Islam dari abad pertengahan. Alan Mackay, seorang kristallograf, menggunakan pola mozaik Penrose untuk memahami pola atom melalui analisis pola difraksi. Secara mengejutkan ia menemukan pola difraksi simetri 10 persis seperti yang ditemukan oleh Shechtman melalui eksperimennya. Sejak itu, kuasi kristal menjadi terkenal dan penemuan kuasi kristal muncul dari berbagai belahan dunia. Perubahan paradigma juga akhirnya terjadi dalam dunia kristallografi dan pada tahun 1992 International Union of Crystallography mengubah definisi kristal untuk mengakomodasi keberadaan kuasi kristal.
Keberadaan kuasi kristal di alam
Dalam skala laboratorium, kuasi kristal banyak disintesis dari berbagai campuran logam. Campuran logam Alumunium sejauh ini paling banyak menunjukkan sifat kuasi kristal. Pada tahun 2009, para ilmuwan berhasil menemukan keberadaan kuasi kristal di alam melalui publikasi di jurnal bergengsi Science. Mineral yang memiliki sifat kuasi kristal ini ditemukan di Sungai Khatyrka di sebelah timur Rusia. Mineral ini mengandung alumunium, besi, tembaga serta menghasilkan pola difraksi simetri 10. Penemuan ini memunculkan pertanyaan bagaimana kuasi kristal dapat terbentuk di dalam bebatuan alam?. Dengan memahami proses geologi yang sulit ini, hal ini diharapakan dapat menambah pengetahuan ilmuwan untuk memudahkan proses fabrikasi kuasi kristal dalam skala lab maupun komersial.
Manfaat kuasi kristal
Karakter kuasi kristal memiliki beberapa keunikan antara lain sifat elektrik, sifat optikal, kekerasan dan sifat anti lengket yang berbeda dibandingkan material pada umumnya. Secara elektrik, kuasi kristal memiliki sifat janggal yang tergantung dari suhu. Salah satu manfaat kuasi kristal adalah sebagai bahan pelapis anti lengket dalam panci masak. Fungsinya mirip seperti teflon yang memiliki sifat anti lengket. Namun kekerasan pelapisan dengan kuasi kristal sangat kuat dibandingkan dengan teflon. Perusahaan Perancis Sitram telah memproduksi panci masak yang dilapisi kuasi kristal. Sayangnya, perusahaan ini menghentikan produksi panci masak ini karena lapisan kuasi kristal bermasalah akibat reaksi kimia yang merugikan dengan garam dapur.
Kuasi kristal memiliki sifat yang rapuh namun anehnya dapat menjadi bahan tambahan dalam baja yang memebrikan kekerasan yang luar biasa pada baja. Hal ini sudah dilakukan oleh perusahaan pembuat baja asal Swedia Sandvik. Selain itu beberapa potensi lain yang dapat disebutkan adalah sebagai isolator panas, LED panel, mesin diesel dan alat yang mampu mengubah panas menjadi listrik. Namun demikian, tantangan untuk memanfaatkan kuasi kristal dalam skala besar masih besar. Dan Shechtman secara rendah hati mengungkapkan tidak mudah bagi sebuah material baru dapat memiliki aplikasi yang bermanfaat besar bagi manusia.
Miliki kepercayaan diri yang tinggi dalam mencari kebenaran ilmiah
Sejak Dan Shechtman mengemukakan ide tentang kuasi kristal, berbagai macam penolakan dan tentangan harus ia hadapi. Akibat gagasannya tentang kuasi kristal, ia pun harus diberhentikan dari institut yang mempekerjakannya karena pimpinannya tidak dapat menerima penemuan kuasi kristal dan ia terpaksa mencari lembaga riset lain yang mau menerimanya. Salah satu faktor yang menyebabkan dunia kristallografi menolak kuasi kristal pada saat itu karena Dan Shechtman banyak menggunakan elektron mikroskop dan tidak menggunakan alat analisis sinar X (semacam XRD= X-Ray diffraction) yang lazim digunakan kristallograf. Padahal untuk mengamati benda yang kristal yang sangat kecil, penggunaan XRD tidak memungkinkan. Hingga akhirnya peneliti kuasi kristal lainnya mampu mensintesis kuasi kristal dalam bentuk yang lebih besar dan berhasil menganalisanya menggunakan XRD. Setelah hasil analisis sinar X menunjukkan hasil yang mendukung keberadaan kuasi kristal, maka dunia kristallografi menerima kehadiran kuasi kristal.
Salah satu tokoh yang menolak keberadaan kuasi kristal adalah Linus Pauling, pemenang nobel 2 kali. Dalam sebuah kesempatan Linus Pauling menyebut ”kuasi kristal tidak pernah ada yang ada hanya ilmuwan kuasi (ilmuwan palsu)”. Berbagai kritikan dan penolakan yang dilancarkan oleh Linus Pauling tidak membuat Dan Shechtman gentar tentang penemuan kuasi kristal yang memang ia yakini kebenarannya sejak hari pertama kuasi kristal itu ditemukan.
Kisah penemuan kuasi kristal telah mengubah paradigma dalam dunia kristallografi dan lebih dari itu kuasi kristal telah memberi pelajaran pentingnya memiliki kerendahan hati dan sifat terbuka dalam dunia ilmiah.
Referensi
The Royal Academy of Sciences, Crystals of golden proportions, http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2011/popular-chemistryprize2011.pdf [diakses 29 Desember 2011]
Matthew Kalman, The Quasicrystal laureate, http://www.technologyreview.com/energy/38846/page2/ [diakses 29 Desember 2011]
Eric Bland, ‘Impossibly perfect’ crystals found in nature’, http://dsc.discovery.com/news/2009/06/04/quasicrystal-nature.html [diakses 29 Desember 2011]
0 comments:
Post a Comment