Bahan Superkonduktor Tipe 1Superkonduktor pertama kali ditemukan
oleh Heike Kamerlingh Onnes, seorang fisikawan asal Belanda dari
Universitas Leiden. Pada 10 Juli 1908, Onnes berhasil mencairkannya
hingga suhu 4K atau -269C. Pada 1911, ia mulai mempelajari
sifat-sifat listrik pada logam yang bersuhu sangat rendah. Pada
waktu itu telah diketahui bahwa hambatan suatu logam akan turun
ketika didinginkan dibawah suhu ruang, akan tetapi belum ada yang
dapat mengetahui berapa batas bawah hambatan yang dicapai ketika
temperatur logam mendekati 0 K atau nol mutlak. Beberapa ahli
ilmuwan pada waktu itu seperti William Kelvin memperkirakan bahwa
elektron yang mengalir dalam konduktor akan berhenti ketika suhu
mencapai nol mutlak. Dilain pihak, ilmuwan yang lain termasuk Onnes
memperkirakan bahwa hambatan akan menghilang pada keadaan tersebut.
Untuk mengetahui yang sebenarnya terjadi, Onnes kemudian
mengalirkan arus pada kawat merkuri yang sangat murni dan kemudian
mengukur hambatannya sambil menurunkan suhunya. Pada suhu 4,2 K,
Onnes terkejut ketika mendapatkan bahwa hambatannya tiba-tiba
menjadi hilang. Arus mengalir melalui kawat merkuri terus menerus
(serlyputri.blogspot.com; 2013). Demikian dengan tidak adanya
hambatan yang mengalir maka mengakibatkan arus mengalir dengan
energi yang kekal.Memanfaatkan zat padat atau material padat yang
memiliki sifat dan karaketristik prinsip dari daya hantar
(konduktivitas) kelistrikan membuatnya untuk dapat mengalirkan arus
listrik dalam suatu rangkaian tertutup pada kumparan superkonduktor
dan kemudian melepaskan sumber arus (tegangan di matikan atau
dihilangkan; dibuat nol), lalu diukur arus ternyata arus masih
tetap mengalir pada rangkaian tersebut, oleh karenanya fenomena ini
disebut sebagai superkonduktor atau superkonduktivitas. Bahan
konduktor merupakan bahan yang dapat menghantarkan arus listrik
dengan baik. Bahan konduktor yang ada sekarang ini masih memiliki
nilai resistansi atau hambatan listrik yang masih dapat
menyebabakan disipasi atau hilangnya sebagian energi listrik yang
di ubah menjadi panas.Penemuan di bidang superkonduktor memberikan
fenomena berhasilnya disintesisnya suatu bahan organik yang
bersifat superkonduktor, yaitu (TMTSF)2PF6. Titik kritis senyawa
organik ini masih sangat rendah yaitu 1,2 K. ditemukan suatu
keramik yang bersifat superkonduktor pada suhu 90 K yang
menggunakan nitrogen cair sebagai pendinginnya. Karena, suhunya
cukup tinggi dibandingkan dengan material superkonduktor yang lain,
maka material-material tersebut diberi nama superkonduktor suhu
tinggi. Suhu tertinggi suatu bahan menjadi superkonduktor hingga
saat ini adalah 138 K, yaitu untuk suatu bahan yang memiliki rumus
Hg0.8Tl0.2Ba2Ca2Cu3O8.33.
A. Pengertian dan Prinsip SuperkonduktorSuperkonduktor adalah
suatu material yang mengalami fenomena memiliki tidak memiliki
hambatan listrik atau tanpa adanya sumber tergangan, namun memiliki
arus yang mengalir dengan energinya tetap ada. Karakteristik dari
bahan Superkonduktor adalah medan magnet dalam superkonduktor
bernilai nol dan mengalami efek meissner; menghilangkan garis medan
magnet dari interior superkonduktor karena transisi pada batas
superkonduktor tersebut. Oleh karenanya terjadinya efek ini
menunjukkan bahwa superkonduktivitas yang tidak dapat dipahami
hanya sebagai idealisasi konduktivitas sempurna dalam fisika
klasik
Gambar 2.1. Medan magnet akibat pembelokan dari logam
superkonduktor
Dalam superkonduktor, perlawanan turun tiba-tiba menjadi nol
ketika material didinginkan di bawah temperatur kritis. Arus
listrik yang mengalir dalam loop kawat superkonduktor dapat
bertahan tanpa batas waktu tanpa sumber listrik. Superkonduktor
membutuhkan suhu yang sangat dingin, pada urutan 39 kelvin (minus
234 C, dikurangi 389 F) untuk superkonduktor konvensional.
2.2. Sifat dan Karakteristik Bahan SuperkonduktorHal umum yang
dapat dinyatakan dalam mempelajari semikonduktor ialah mengenal
sifat-sifatnya tersebut. hal ini penting, karena akan mengarahkan
pada analis bahan-bahan katagori sebagai bahan semikonduktor.
Sifat-sifatnya adalahA. Sifat KelistrikanBahan logam tersusun dari
kisi-kisi dan basis serta elektron bebas. Ketika medan listrik
diberikan pada bahan, elektron akan mendapat percepatan. Medan
listrik akan menghamburkan elektron ke segala arah dan menumbuk
atom-atom pada kisi. Hal ini menyebabkan adanya hambatan listrik
pada logam konduktor. Pada bahan superkonduktor terjadi juga
interaksi antara elektron dengan inti atom. Namun elektron dapat
melewati inti tanpa mengalami hambatan dari atom kisi. Pada
superkonduktor elektron membentuk pasangan Cooper (Cooper pair)
dalam satu keadaan kuantum pada tingkat energi terendah. Proses ini
dikenal sebagai Kondensasi Bose-Einstein. Aliran Cooper pair ini
bergerak sebagai satu entitas. Untuk mengeluarkan satu Cooper pair
dari aliran ini, elektron harus didorong ke energi quantum state
yang lebih tinggi. Sementara, tabrakan dengan ion logam tidak
melibatkan cukup energi untuk melakukannya. Oleh karena itu, arus
listrik dapat mengalir tanpa kehilangan energi.B. Sifat
KemagnetanSifat lain dari superkonduktor yaitu bersifat
diamagnetisme sempurna. Jika sebuah superkonduktor ditempatkan pada
medan magnet, maka tidak akan ada medan magnet dalam
superkonduktor. Hal ini terjadi karena superkonduktor menghasilkan
medan magnet dalam bahan yang berlawanan arah dengan medan magnet
luar yang diberikan. Efek yang sama dapat diamati jika medan magnet
diberikan pada bahan dalam suhu normal kemudian didinginkan sampai
menjadi superkonduktor. Pada suhu kritis, medan magnet akan
ditolak. Efek ini dinamakan Efek Meissner; membuat sebuah magnet
melayang diatas superkonduktor. Gambar berikut ini menunjukkan
fenomena melayngnya magnet atau gejala levitasi yang terjadi pada
bahan superkonduktor. Gejala levitasi ini dimanfaatkan dalam
pembuatan kereta supercepat MAGLEV.
Gambar 2.2. Gejala Levitasi(Sumber:
http://wanibesak.wordpress.com/2011/09/24/efek-meissner-pada-superkonduktor/)
C. Sifat Quantum Superkonduktor Teori dasar Quantum untuk
superkonduktor dirumuskan melalui tulisan Bardeen, Cooper dan
Schriefer pada tahun 1957. Teori dinamakan teori BCS. Fungsi
gelombang BCS menyusun pasangan partikel dan Ini adalah bentuk lain
dari pasangan partikel yang mungkin dengan Teori BCS. Teori BCS
menjelaskan bahwa: Interaksi tarik menarik antara elektron dapat
menyebabkan keadaan dasar terpisah dengan keadaan tereksitasi oleh
energi gap.Interaksi antara elektron, elektron dan kisi menyebabkan
adanya energi gap yang diamati. Mekanisme interaksi yang tidak
langsungini terjadi ketika satu elektron berinteraksi dengan kisi
dan merusaknya. Elektron kedua memanfaatkan keuntungan dari
deformasi kisi. Kedua elektron ini beronteraksi melalui deformasi
kisi.D. Efek MeissnenKetika superkonduktor ditempatkan di medan
magnet luar yang lemah, medan magnet akan menembus superkonduktor
pada jarak yang sangat kecil dan dinamakan London Penetration
Depth. Pada bahan superkonduktor umumnya London Penetration Depth
sekitar 100 nm. Setelah itu medan magnet bernilai nol. Peristiwa
ini dinamakan Efek Meissner dan merupakan karakteristik dari
superkonduktor. Efek Meissner adalah efek dimana superkonduktor
menghasilkan medan magnet. Efek Meissner ini sangat kuat sehingga
sebuah magnet dapat melayang karena ditolak oleh superkonduktor.
Medan magnet ini juga tidak boleh terlalu besar. Apabila medan
magnetnya terlalu besar, maka efek Meissner ini akan hilang dan
material akan kehilangan sifat superkonduktivitasnya.
Gambar 2.3. Efek MeissnerSuhu dan Medan Magnet KritisSuhu kritis
adalah suhu yang membatasi antara sifat konduktor dan
superkonduktor. Jika suhu suatu bahan dinaikan, maka getaran
elektron akan bertambah sehingga banyak Phonons yang dipancarkan.
Ketika mencapai suhu kritis tertentu, maka Phonons akan memecahkan
Cooper Pairs dan bahan kembali ke keadaan normal. Contoh grafik
Hambatan terhadap suhu pada bahan YBa2Cu3O7 sebagai berikut,
Gambar 2.4. Grafik Hambatan terhadap SuhuMedan magnet kritis
adalah batas kuatnya medan magnet sehingga bahan superkonduktor
memiliki medan magnet. Jika medan magnet yang diberikan pada bahan
superkonduktor, maka bahan superkonduktor tak akan mengalami efek
meissner lagi.
2.3. Jenis Bahan dan Tipe Superkonduktor2.3.1. Bahan
SuperkonduktorBahan semikonduktor yang pertama ditemukan adalah
raksa oleh Heike Kammerlingh Onnes pada tahun 1911. Selain merkuri,
ternyata beberapa unsur-unsur lainnya juga menunjukkan sifat
superkonduktor dengan harga Tc yang berbeda. Beberapa contoh bahan
superkonduktor yang berhasil ditemukan dan suhu kritisnya,
