Hadiah Nobel Kimia 2011: Kuasikristal

NobelPrize2011-Chemistry-2

Kenapa saya telat menuliskannya satu hari? Ya, dari tahun ke tahun saya selalu merasa kesulitan menuliskan Nobel Kimia. Sebagian karena saya tidak begitu mengerti materinya, tapi kontribusi terbesar adalah semangat menulis sudah tersedot satu hari sebelumnya untuk Nobel Fisika. Tapi kali ini saya paksa, apa lagi karena ada sisi lain yang menarik.

Nobel Kimia 2011 diberikan sepenuhnya untuk Dan Shechtman dari Israel Institute of Technology (Haifa, Israel).

Apa yang istimewa dari pekerjaan Shectman?

Kimia mungkin saat ini adalah ilmu yang sangat menikmati teori-teori ngejelimet yang dibangun dua pondasi dasar sains: matematika dan fisika. Ambil saja contoh mekanika kuantum, yang disusun berdasarkan runutan matematika yang konsisten, intuisi fisika, dan pemahaman statistik. Jika fisikawan sudah cukup puas dengan presisi teori mereka untuk atom hidrogen, kimiawan menjelajah lebih dalam dan detil sampai-sampai pada sejumlah hal tidak jelas lagi batasan antara fisika dan kimia. Kuasikristal salah satunya.

Konsep kuasi sering dipakai untuk meninjau sejumlah sistem-sistem (biasanya rumit) yang dianggap sebagai satu kesatuan. Seperti gas yang terdiri dari ribuan atom-atom di dalam sebuah balon ditinjau sebagai satu sistem, yaitu gas. Ribuan atom tersebut dianggap satu, yaitu kuasiatom. begitu juga dengan elektron-elektron yang bergerak dalam medium semikonduktor dapat dipandang sebagai kuasielektron.

Konsep kuasikristal dipakai untuk meninjau struktur solid yang teratur tapi tidak berperiodik. Struktur solid yang teratur secara periodik disebut kristal, seperti dijelaskan oleh publikasi Abbé Haüy (Essai d’une théorie sur la structure des cristaux) pada tahun 1784. Dari pekerjaan Haüy ini, kristal didefinisikan (secara klasik) sebagai sebuah zat yang terdiri dari atom-atom, molekul-molekul, atau ion-ion yang tersusun dalam sebuah aturan dan pola berulang dalam tiga-dimensi. Pemahaman kristal ini sudah menjadi pakem ratusan tahun dan digunakan diberbagai bidang pengetahuan seperti fisika, kimia, dan geologi1.

Tapi pakem ini tidak terlihat pada sampel aloi Al dengan 10-14% Mn yang sedang dipelajari Shechtman. Pada pagi 8 April 1982, hasil difraksi2 elektron menunjukkan pola yang taklazim. Alih-alih pola teratur dan periodik, Shectman melihat pola lingkaran-lingkaran konsentris seperti gambar di pembukaan artikel ini. “Eyn chaya kazo,” katanya. Maksudnya “tidak mungkin ada makhluk seperti ini” dalam bahasa Ibrani.

Kontroversial

Saat itu Shechtman adalah staf National Bureau of Standard (NBS, Washington D.C., Amerika Serikat). Tahun 1981 Schectman mengambil cuti dari NBS untuk melakukan riset di Johns Hopkins University (Baltimore, Maryland, Amerika Serikat).

John Cahn, peraih National Medal of Science (1998), menyarankan Shectman untuk menguji pekerjaannya di National Institute of Standard and Technology (NIST). Shectman ke sana, tapi dia tidak menemukan siapa-siapa. Dia kembali ke laboratoriumnya, di Johns Hopkins University (Baltimore, Maryland, Amerika Serikat), untuk menguji sendiri. Dia lakukan segala sesuatu yang standar dilakukan para eksperimentalis untuk memastikan data mereka tidak dihasilkan dari metode dan teknik yang keliru, termasuk mengecek kemungkinan lain bahwa yang dia lihat adalah sebuah kristal kembar dan bahkan merotasi sampel kristal tersebut. Semua usaha itu merujuk pada hal yang sama: berpola tapi tidak berperiodik.

Shectman memberitahukan hasil pengamatannya kepada kolega-koleganya. Namun, tidak ada yang yakin dengan temuannya ini. Kepala laboratoriumnya malah memberikan buku teks kristalografi yang tentu saja sudah dipelajarinya. Keributan berlangsung lama. Linus Pauling, Nobelis Kimia (1954) dan Perdamaian (1962) yang namanya banyak disebut di buku-buku teks kimia, adalah contoh tokoh yang meragukan pekerjaan Shectman. “Dia bicara ngawur,” kata Linus pada suatu kesempatan, “tidak ada itu yang namanya kuasikristal, yang ada hanya kuasi-sainstis,” sambungnya.

Shectman bergeming dengan pekerjaannya yang menyebabkan dia diminta untuk meninggalkan grup riset oleh kepala laboratoriumnya pada tahun 1983.

Serangan balik

Setelah kembali ke NSB, Shectman menghubungi Ilan Blech, teman sekampusnya di Technion (Israel Institute of Technology). Berdua mereka memahami data Shectman dan mengirimkannya ke Journal of Applierd Physics di musim panas 1984. Tapi, editor langsung menolak dan mengembalikan tulisan mereka.

Shectman kemudian menghubungi John Cahn. Cahn berkonsultasi dengan Denis Gratias, seorang ahli kristalografi asal Perancis. Gratias memastikan eksperimen Shectman valid, karena dirinya sendiri dapat mengulang pekerjaan Shectman dan mengamati hal yang sama.

November 1964 1984, bersama Chan, Blech, dan Gratias, Shectman akhirnya dapat mempublikasikan karya berjudul “Metallic phase with long-range orientational order and no translational symmetry” di Phys. Rev. Lett. 53, 1984, p1951-4.

Artikel ini mengoyak dunia kristalografi. Temuan Shectman meruntuhkan sebuah konsep fundamental dari sains: bahwa semua kristal memiliki pola keteraturan dan berperiodik.

Waduh, saya lapar… insya Allah setelah ini akan saya selesaikan bahan pengayaan dari tulisan ini: Kuasikristal dan pola mosaik.

(Sumber utama: The Nobel Prize in Chemistry 2011 – Press Release)

 

Catatan kaki

1 Dalam geologi, sebuah batu tersusun dari ribuan mineral, dan sebuah mineral dibangun oleh kristal.

Difraksi adalah fenomena gelombang (baik suara ataupun cahaya) yang terbaurkan ketika melewati celah yang sempit. Pada difraksi cahaya, hasil pembauran itu dapat ditangkap pada sebuah layar dan terlihat pola gelap-terang. Teknik ini umum dipakai untuk mempelajari struktur sebuah kristal. (Lihat gambar berikut.)

NobelPrize2011-Chemistry-diffraction

Author: febdian RUSYDI

a physicists, a faculty, a blogger.

2 thoughts on “Hadiah Nobel Kimia 2011: Kuasikristal”

Leave a Reply