Saturday, February 24, 2018
BAHAN SUPERKONDUKTOR
Pengertian Bahan Superkonduktor
Bahan superkonduktor adalah suatu bahan yang dapat mengalirkan arus listrik tanpa tahanan listrik sedikitpun (R = 0). Bahan ini terdiri dari campuran unsur-unsur tertentu yang dapat mengalirkan arus listrik tanpa adanya tahanan pada suhu yang sangat rendah. Arus yang mengalir pada rangkaian tertutup dari bahan superkonduktor akan terus mengalir selamanya.
Suhu dan Medan Magnet Kritis
Untuk menghasilkan keadaan atau kondisi superkonduktor membutuhkan syarat yaitu suhu kritis (Tc), suhu kritis ini bervariasi dari tiap material, suhu kritis ini biasanya antara 0?K sampai 130?K, di bawah suhu kritis akan menghasilkan hambatan bernilai 0 dan bersifat diamagnetik. Dari penelitian, logam murni seperti emas atau tembaga yang di suhu ruang merupakan konduktor yang sangat baik, justru mempunyai suhu kritis yang ekstrim, di bawah 4K untuk menjadi superkonduktor. Adalah keramik yang mempunyai titik kritis cukup tinggi, di atas titik didih nitrogen cair, sehingga lebih mudah untuk diaplikasikan. Padahal keramik adalah isolator yang baik pada suhu ruang.
a) Temperatur Kritis (Tc)
Ketika temperature bahan diturunkan dari temperatur ruang normal sampai pada batas temperature tertentu bahan ini akan memiliki sifat superkonduktor. Temperatur bahan pada saat terjadinya perubahan sifat bahan ini dinamakan sebagai temperature kritis (Tc).
Contoh grafik Hambatan terhadap suhu pada bahan YBa2Cu3O7 atau YBCO (Yatrium-Barium-Tembaga-Oksida) adalah sebagai berikut :
Gambar Hambatan Terhadap Suhu.
Prinsip kerjanya adalah ketika benda atau bahan superkonduktor berada pada tempat yang memiliki derajat suhu diatas suhu rata-rata yang dimiliki bahan superkonduktor tersebut, maka sifat superkonduktornya akan rusak dan menjadi bahan konduktor biasa.
b) Medan Magnet Kritis
Medan magnet kritis adalah batas kuatnya medan magnet sehingga bahan superkonduktor memiliki medan magnet. Prinsip kerjanya adalah jika bahan superkonduktor yang berada dalam lingkungan medan magnet yang kuat medan magnetnya lebih kecil dari medan magnet kritis maka bahan superkonduktor tersebut akan ditolak oleh medan magnet (mengalami efek meissner), sebaliknya jika kuat medan magnet luarnya lebih besar dari medan magnet kritisnya maka bahan superkonduktor tersebut akan berubah menjadi keadaan normal (tidak mengalami efek meissner). Ketika bahan superkonduktor didinginkan di bawah temperature kritis (Tc) dan medan magnet dinaikkan secara bertahap diatas medan magnet tertentu (Hc) maka sifat superkonduktivitas bahan akan hilang sehingga menjadi bahan konduktor biasa.
c) Efek Meissner
Ketika 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 krakteristik 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.
Contoh gambar efek meissner pada Bahan Superkonduktor :
Gambar Efek Meissner
Jenis Bahan dan Tipe Superkonduktor
a) Penemuan Bahan Superkonduktor
Dalam beberapa tahun terakhir para ilmuwan telah menemukan berbagai macam bahan yang dapat menjadi superkonduktor. Bahan-bahan tersebut antara lain:
a. Mercury (1911): Superkonduktor pertama ditemukan oleh Heike Kamerlingh Onnes. Ia menggunakan helium cair untuk mendinginkan mercury di bawah suhu transisi superkonduktor yaitu 4,2 Kelvin.
b. Niobium Alloy (1941): Penggunaan superkonduktor dalam industri terjadi setelah tahun 1961. Saat itu, para ilmuwan menemukan bahwa niobium tin (Nb3Sn), yang menjadi superkonduktor pada suhu 18,3 Kelvin, dapat membawa arus yang tinggi dan tahan terhadap medan magnet besar.
c. Niobium germanium (1971): Bahan ini (Nb3Ge) memegang rekor temperatur transisi tertinggi antara tahun 1971 hingga tahun 1986.
d. Heavy Fermion (1979): Superkonduktor Heavy Fermion seperti uranium platina (UPt3) sangat luar biasa karena memiliki secara efektif memiliki electron ratusan kali massa biasa mereka. Teori konvensional tidak dapat menjelaskan sifat superconductivity materi ini.
e. Cuprates (1986): Cuprates merupakan superkonduktor suhu tinggi yang pertama. Bahan-bahan keramik ini dapat didinginkan dengan nitrogen cair, yang mendidih pada suhu 77 Kelvin.
f. Fullerenes (1991): Solid kristal terbuat dari buckyballs (C60) yang menjadi superkonduktor ketika didoping dengan atom logam alkali seperti kalium, rubidium dan cesium.
g. HgBa2Ca2Cu3O8 (1995 ): Didoping dengan talium, cuprate ini memiliki paling suhu transisi tertinggi pada tekanan atmosfer. Pada tekanan tinggi bahan ini menjadi superkonduktor pada suhu 164 Kelvin.
h. Magnesium diboride (2001): Suhu transisi yang luar biasa tinggi dari magnesium diboride merupakan kasus luar biasa dari superkonduktor konvensional.
i. Iron pnictides (2006): Hideo Hosono merupakan penemu senyawa ini. Senyawa ini merupakan jenis kedua superkonduktor suhu tinggi.
b) Bahan Superkonduktor
Bahan 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 dapat dilihat pada tabel berikut,
Tabel Bahan Superkonduktor
