Gambaran representasional dari logam cair-padat.
Sains di sekolah menengah sering kali melewatkan banyak hal yang justru digunakan para peneliti dalam kerja nyata. Misalnya, kita belajar bahwa ada tiga wujud zat—padat, cair, dan gas—namun dalam fisika lanjutan, segalanya menjadi sedikit lebih kompleks. Dari kerumitan inilah, fisikawan berhasil mengidentifikasi sebuah wujud materi baru yang terbilang aneh: hibrida antara padat dan cair.
Perkenalkan "cairan superdingin yang terkandang". Layaknya zat padat, ia mengandung atom-atom yang tetap diam dalam kondisi khusus. Namun seperti zat cair, sebagian besar atomnya terus bergerak. Yang menakjubkan, kedua sifat ini dapat hadir secara bersamaan. Menurut para peneliti—yang memaparkan temuan ini dalam makalah terbaru di ACS Nano—sifat unik ini berpotensi dimanfaatkan dalam teknologi berbasis logam, seperti industri penerbangan, konstruksi, atau elektronika.
"Pencapaian kami mungkin mengisyaratkan suatu bentuk materi baru yang menggabungkan karakteristik padat dan cair dalam material yang sama," ujar Andrei Khlobystov, peneliti nanomaterial dari University of Nottingham, Inggris, dalam sebuah pernyataan.
Dari Cair Menuju Padat
Dibandingkan zat padat dan gas, zat cair lebih sulit dipelajari ilmuwan karena atom-atom di dalamnya terus bergerak acak. Ini terutama terasa ketika cairan mulai berubah menjadi padat. Cara dan lokasi pergerakan atom pada akhirnya menentukan bentuk akhir zat padat, namun melacak jalur atom-atom tersebut sangatlah sulit, jelas para peneliti.
Namun, proses inilah yang juga bertanggung jawab atas fenomena seperti mineralisasi, pembentukan es, dan pelipatan protein. Tim berharap dapat menemukan cara untuk mempelajari momen kritis ini secara sistematis, menurut makalah mereka.
Materi dalam Keadaan Ambang
Untuk eksperimen ini, tim menggunakan perangkat mikroskopi elektron khusus bernama SALVE. Rancangannya melibatkan selembar karbon setebal atom (grafena) yang diletakkan di bawah platinum, emas, dan paladium yang dilelehkan. Tujuannya adalah mengamati perubahan struktur atom logam selama proses pelelehan.
"Kami memanfaatkan grafena sebagai semacam ‘kompor’ untuk memanaskan partikel. Saat meleleh, atom-atomnya mulai bergerak cepat seperti yang diduga," jelas Christopher Leist, penulis utama studi dan ahli material di Ulm University, Jerman. "Namun yang mengejutkan, kami menemukan bahwa sebagian atom justru tetap diam."
Gambar struktur hibrida. Atom logam yang diam tersusun dalam lingkaran biru mengelilingi logam cair. © Khlobystov et al., 2025.
Pergerakan ini agak mirip dengan elektron dalam dunia kuantum, yang ada sebagai gelombang sekaligus partikel, tambah Ute Kaiser, rekan penulis dan ahli optik di Ulm University. Artinya, atom dalam sampel berperilaku sebagian seperti atom diam padatan, tetapi juga seperti aliran atom cair yang terus aktif—sebuah "fase materi baru," kata Kaiser.
Kristal Lenyap?
Lebih lanjut, atom diam ternyata berdampak nyata pada pembentukan zat padat akhir. Semakin banyak atom diam dalam struktur awal, proses pemadatan jadi terganggu, menghasilkan bentuk padat tanpa kristal—atau padatan amorf. Padatan dalam kondisi ini sangat tidak stabil, catat makalah tersebut.
Namun yang menarik, ketika atom-atom diam itu diganggu, timbul ketegangan yang cukup untuk mengubah logam kembali ke bentuk kristal normalnya. Upaya serupa untuk membentuk partikel kecil—disebut "corralling"—pernah berhasil dilakukan pada foton dan elektron, tetapi baru kali ini berhasil diterapkan pada atom yang ukurannya jauh lebih besar.
Jika ilmuwan dapat mengendalikan atom diam ini dengan leluasa, itu dapat "membuka jalan bagi pemanfaatan logam langka yang lebih efisien dalam teknologi bersih, seperti konversi dan penyimpanan energi," ujar para peneliti. Bagaimanapun, temuan ini mengingatkan kita akan masih banyaknya misteri dalam proses-proses nanoskopis, khususnya terkait zat cair.