Superkonduktor

Pernahkah Anda memikirkan bagaimana resistivitas konduktor apabila ia didinginkan hingga suhunya mendekati nol?

Hampir semua orang tahu jika resistivitas berbanding lurus dengan suhu. Semakin rendah suhu maka semakin rendah pula resistivitasnya. Namun, sebelum tahun 1911 belum ada satu orang pun yang dapat menjawab dengan bukti bagaimana resistivitas konduktor bila suhunya mendekati nol. Pada saat itu ada dua aliran yang mencoba mengajukan hipotesis tentang fenomena ini. Hipotesis pertama berbicara bahwa apabila konduktor didinginkan hingga mencapai nol mutlak maka aliran elektron pada konduktor tersebut akan berhenti (beku) dengan kata lain konduktor tersebut akan kehilangan konduktifitasnya, hipotesis inilah yang dianut oleh W. Kelvin. Hipotesis kedua menyatakan bahwa pada keadaan tersebut konduktor akan memiliki resistivitas sama dengan nol sesuai dengan sifat resistivitasnya yang mengikuti perubahan suhu.

Sampai pada 1908 H,K, Onnes berhasil untuk mencairkan helium pada suhu 4 K. Pada 1911 Onnes pun tertarik untuk mempelajari sifat logam pada suhu dingin dengan cara mendinginkan logam tersebut dengan menggunakan helium cairnya. Suatu fenomena yang sangat menarik muncul ketika ia mendinginkan raksa (Hg) pada suhu 4,2 K. Resistivitas Hg tiba-tiba saja menghilang!

Mulai pada saat itulah dikenal adanya fenomena superkonduktivitas, yaitu suatu fenomena dimana resistivitasnya akan menurun secara tiba-tiba mendekati nol apabila ia didinginkan hingga dibawah titik kritisnya. Fenomena inilah yang membuat Onnes meraih nobel fisika 1913.

Semenjak ditemukan superkonduktor sangat menyedot perhatian ilmuwan fisika. Mereka berlomba-lomba untuk mendapat superkonduktor dengan suhu yang lebih tinggi dan lebih tinggi lagi.De Haas dan Voodg pada tahun 1930 berhasil menemukan superkonduktor paduan Pb-Bi yang mempunyai Tc=8,8K.

Lalu pada tahun 1933 Meissner dan Ochsenfeld menemukan gejala diamagnetik sempurna (penolakan fluks magnetik) dalam bahan superkonduktor. Suatu sifat aneh superkonduktor yang menyebabkan bahan ini diusulkan menjadi bahan dalam kendaraan Maglev (Magnet Levitation). Jadi, apabila superkonduktor diletakkan pada magnet dengan medan magnet tertentu maka superkonduktor itu akan melayang.

Efek Meissner (Diambil dari: http://forum-fisika.blogspot.com)

Pada tahun 1973, Tc yang diperoleh dalam berbagai jenis material superkonduktor baru mencapai 23,2 K yaitu pada paduan logam Nb₃Ge. Sejak saat itu peneliti selalu gagal memperoleh superkonduktor yang mempunyai Tc diatas 23,2 K.

Pada tahun 1986 Bednorz dan Muller di Laboratorium IBM Zurich, berhasil menemukan bahan keramik superkonduktor dengan rumus kimia Ba_1,8La_0,15CuO₄ dengan Tc = 30 K. Semenjak saat inilah para ilmuwan yakin bahwa superkonduktor dapat dibuat bukan hanya dari bahan konduktor, melainkan semikonduktor atau bahkan isolator! Chu,dkk, pada tahun 1987 menemukan superkonduktor YBa₂Cu₃O_7-δ atau dinamakan sistem YBCO yang dikenal dengan YBCO-123 dan mempunyai Tc = 92 K. Kemudian pada tahun 1988 Maeda,dkk menemukan superkonduktor Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O₁₀ atau disebut juga dengan sistem BSCCO denatgan Tc = 110 K. Dalam sistem superkonduktor BSCCO terdapat 3 fasa yaitu fasa 2201 (senyawa Bi₂Sr₂CuO_x) dengan Tc = 20 K, fasa 2212 (senyawa Bi₂Sr₂CaCu₂O_y) dengan  Tc = 80 K, dan fasa 2223 (senyawa Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O_z ) dengan Tc = 110 K.

 Saat ini para ilmuwan terus berusaha untuk menemukan superkonduktor dengan Tc lebih tinggi lagi sambil berusaha untuk mengaplikasikan superkonduktor dalam berbagai aspek. Hal ini dikarenakan superkonduktor merupakan material dengan prosperk luar biasa dengan sifat efisiensi yang tinggi. Beberapa aspek aplikasi superkonduktor adalah pada komputer supercepat, generator HTS, prototipe tokamak, kendaraan maglev dan lain sebagainya.

Referensi:

Shimbashi dan Minato-ku. 2003. Preset Situation of Bulk Superconductor Application Research. International Superconducting Technology Center Winter 2003. Hal 16-18.

Barnes, Paul N., Michael D.S., Gregory L.R. 2005. Review of High Power Density Superconducting Generator: Preset State and Prospects for Incorporating of YBCO Windings. Cryogenics 45 (2005). Hal 670-686.

Purwamargrapatala, Yustinus. 2009. Sintesis Superkonduktor YBa₂Cu₃O7-x Secara KopresipitasiUntuk Aplikasi Industri Nuklir. Urania Vol. 15 No.14 Oktober 2009. Hal 221-229.

Smith, William F. 1996. Principles of Material Science and Engineering. Mc. Graw-Hill. United States of America

Suprihatin. 2008. Pengaruh Variasi Sintering dalam Sintesis Superkonduktor Bi-2212 dengan Doping Pb- (BSCCO-2212) pada Suhu Kalisnasi 790⁰C. Prosiding Seminar Nasional Sains dan Teknologi II 2008. Universitas Lampung.

Susanti, Herna. 2010. Pengaruh Variasi Perlakuan Doping Pb pada Bi dalam Sintesis Superkonduktor BSCCO Terhadap Efek Meissner dan Suhu Kritis. Skripsi. Universitas Sebelas Maret.

Tilley, D.R., dan J. Tilley. 2003. Superfluidity and Supercondutivity. IoP. London