Nobel Kimia 2011: Kuasikristal, Susunan Atom Seindah Mosaik Arab

Akhir yang bahagia bagi Daniel Shechtman. Setelah melewati jalan yang panjang dan pahit, tanggal 5 Oktober 2011 ia diumumkan sebagai pemenang hadiah Nobel kimia 2011. Ia memenangkan hadiah prestisius tersebut karena jasanya menemukan 'Kuasikristal'.

Semua bermula di pagi hari tanggal 8 April 1982, saat ia berkata pada dirinya sendiri,  "There can be no such creature!”. Dan Shechtman sedang meneliti material campuran aluminium dan mangan dengan mikroskop elektron untuk melihat susunan atom dari campuran tersebut. Hasilnya, ia melihat lingkaran-lingkaran konsentris, yang masing-masing titik berjarak sama satu sama lain. Hal yang mengejutkan adalah susunan atom tersebut teratur tapi sama sekali tidak periodik. Tidak ada pengulangan pola yang sama pada material tersebut. Padahal, pola susunan atom pada suatu kristal yang dikenal selama ini selalu teratur dan periodik.

Pola yang teratur tapi tak berulang

Ketika Dan Shechtman menceritakan hasil penelitiannya pada para koleganya di National Institute of Standards and Technology (NIST) Amerika Serikat, tak ada seorangpun yang percaya dengan hasil penemuannya. Sebagian dari mereka mencibir, karena struktur atom yang diceritakan Shechtman tidak terdapat dalam Tabel Internasional Kristalografi. Sampai-sampai kepala laboratorium dengan sinis memberikan kepadanya sebuah buku teks kristalografi dan menyarankannya untuk membaca buku tersebut sampai habis. Tentu saja Shechman sudah paham isi buku tersebut. Namun ia sangat yakin bahwa hasil eksperimennya sudah melampaui zaman buku itu. Tak lama kemudian, kegaduhanpun memuncak. Shechtman dipecat oleh bosnya dari laboratorium dan grup riset. Sungguh memalukan bagi seorang ilmuwan.

Setelah dipecat, Daniel Shechtman pulang kampung ke Israel. Di sana ia bertemu dengan Ilan Blech, teman sealmamaternya dari Israel Institute of Technology. Mereka berdua melanjutkan penelitian tentang pola atom yang aneh tadi.

Mereka mengirimkan karya ilmiah ke Journal of Applied Physics pada musim panas 1984. Tapi karya mereka dikembalikan melalui pos. Editor jurnal tadi tak perlu waktu banyak untuk menolaknya.

Pada bulan November 1984, Shechtman bersama dengan Cahn, Blech, dan Gratias akhirnya berhasil memublikasikan penelitian mereka di Physical Review Letters. Karya ilmiah mereka ibarat bunyi buang angin di tengah kesunyian. Mengejutkan sekaligus menjengkelkan bagi ilmuwan lain. Apa yang diungkapkan dalam jurnal itu tidak sesuai dengan kebenaran fundamental sains (pada saat itu): semua yang disebut kristal haruslah terdiri atas atom dengan pola yang teratur dan berulang.

Setelah berhasil memublikasikan temuannya, Shechtman menjadi target kritik pada kristalografer. Namun seiring dengan itu, semakin banyak pula orang yang menemukan pola yang sama pada material lain.Pola susunan atom yang seperti itu akhirnya mendapatkan sebuah nama: kuasi-kristal.

Oh iya, saat Shechtman memublikasikan penemuannya, ia belum paham benar, apa gerangan struktur kristal yang ia temukan ini? Bagaimana mungkin atom ditempatkan sedemikian rupa? Jawabannya ternyata telah ada jauh sebelum kuasikristal ditemukan. Jawabannya didapatkan dari matematika mosaik.

Matematikawan biasanya tertantang dengan teka-teki dan soal-soal logika. Pada tahun 1960an para matematikawan berusaha memecahkan sebuah teka-teki, apakah mosaik dapat disusun dari ubin jenisnya yang terbatas dan polanya tidak pernah berulang, sehingga membentuk mosaik yang tak periodik.

Pola mosaik zaman Islam pertengahan ternyata telah memecahkan teka-teki itu sejak lama. Contohnya adalah mosaik-mosaik yang menjadi dekorasi Istana Alhambra di Spanyol dan Darb-e Imam di Iran. Hal ini juga menunjukkan kemajuan matematika pada peradaban Islam saat itu.

Contoh Mosaik di Istana Alhambra

Memanglah pola pada kuasikristal sangat indah, sama indahnya dengan mosaik Islam abad pertengahan. Itulah sebabnya, Royal Swedish Academy of Science dalam press release-nya menyebutkan: " Pada kuasikristal, kita menemukan mosaik yang sangat menarik dari dunia Arab pada level atom: pola yang teratur yang tidak pernah berulang..."

Model Susunan Atom Kuasikristal Ag-Al

Sekarang, banyak material dengan susunan atom kuasikristal yang telah disintesis. Material paling tahan lama di dunia juga ternyata berstruktur kuasikristal. Material tersebut sekarang digunakan pada berbagai produk seperti pisau cukur dan jarum tipis untuk pembedahan mata.

Karena struktur atomnya yang unik, material kuasikristal merupakan konduktor panas sekaligus konduktor listrik yang buruk. Dengan material ini, panas yang terbuang dari mesin dapat dipergunakan kembali. Material ini juga dapat dijadikan sebagai material termoelektrik, yaitu material yang dapat mengubah panas menjadi listrik. Selain itu, material ini digunakan sebagai pelapis wajan penggorengan, sebagai komponen LED (light-emitting diode), dan lain sebagainya.

Penemuan demi penemuan kuasikristal ini membuat ilmuwan berpikir ulang tentang definisi kristal. Akhirnya pada tahun 1992, International Union of Chrystallography mengubah pengertian kristal. Pengertian kristal yang lama adalah " suatu zat yang terdiri atas atom-atom, molekul-molekul, atau ion-ion yang tersusun dalam pola yang teratur dan berulang dalam 3 dimensi". Sedangkan pengertian yang baru " Zat padat apapun yang memiliki diagram difraksi diskrit". Sebuah definisi yang agak teknis, namun lebih umum dan memungkinkan penemuan jenis kristal baru yang lainnya di masa yang akan datang.

***

Penerima Nobel Kimia 2011

Daniel Shechtman, warga negara Israel. Lahir tahun 1941 di Tel Aviv, Israel. Meraih gelar Ph.D. 1972 dari Technion - Israel Institute of Technology, Haifa, Israel. Distinguished Professor, The Philip Tobias Chair, Technion - Israel Institute of Technology, Haifa, Israel.
http://materials.technion.ac.il/shechtman.html

Sumber & gambar:

Nobelprize.org

Wikipedia.org

Sciencenews.org
Sciencedaily.com