BAHAN DAN JENIS SUPERKONDUKTOR

Tabel. Suhu kritis (Tc) beberapa bahan superkonduktor

Unsur Tc (0C) Senyawa Tc (0C)

Ti

Zn

Al

Ti

In

Sn

Hg

Ta

V

Pb

Nb

Tc

Th

U

0,40

0,82

1,20

2,38

3,40

3,73

4,16

4,39

5,10

7,22

8,00

11,20

1,37

0,68

NaBi

BaBa3

Nb2Zn

MoN

MoRe

V2,95Ga

NbN

V3Si

Nb3Al

Nb3Sn

CuS

PbSb

2,2

6,0

10,8

12,0

12,6

14,4

15,2

17,1

18,0

18,1

1,6

1,5

Dari tabel diatas dapat diambil beberapa kesimpulan bahwa:

a. Logam-logam menovalen adalah bukan superkonduktor.

b. Logam-logam ferromagnetic dan anti ferromagnetic adalah bukan

superkonduktor.

c. Konduktor yang baik pada suhu kamar adalah bukan superkonduktor dan logam

superkonduktor sebagai logam normal adalah bukan konduktor yang baik pada

suhu kamar.

d. Film tipis dari Be, Bi dan Fe adalah superkonduktor.

e. Bismut, Pb dan Fe menjadi superkonduktor jika mendapat tekanan yang tinggi

Berdasarkan interaksi medan magnet, bahan superkonduktor dapat dibagi menjadi

dua jenis, yaitu :

a) Tipe I

Unsur-unsur tunggal yang dipelopori oleh temuan Onnes, disebut superkonduktor

tipe I atau superkonduktor konvensional, ada kira-kira 27 jenis dari tipe ini.

Superkonduktor tipe I menurut teori BCS (Bardeen, Cooper, dan Schrieffer)

dijelaskan dengan menggunakan pasangan elektron (yang sering disebut pasangan

Cooper). Pasangan elektron bergerak sepanjang terowongan penarik yang dibentuk ion-

ion logam yang bermuatan positif. Akibat dari adanya pembentukan pasangan dan tarikan

ini arus listrik akan bergerak dengan merata dan superkonduktivitas akan terjadi.

Superkonduktor yang berkelakuan seperti ini disebut superkonduktor jenis pertama yang

secara fisik ditandai dengan efek Meissner, yakni gejala penolakan medan magnet luar

(asalkan kuat medannya tidak terlalu tinggi) oleh superkonduktor. Bila kuat medannya

melebihi batas kritis, gejala superkonduktivitasnya akan menghilang. Maka pada

superkonduktor tipe I akan terus – menerus menolak medan magnet yang diberikan

hingga mencapai medan magnet kritis. Kemudian dengan tiba-tiba bahan akan berubah

kembali ke keadaan normal.

Superkonduktor tipe I hanya mempunyai satu harga medan magnet kritis (Hc).

Jika medan magnet luar yang dikenakan pada superkonduktor berharga lebih kecil dari

Hc, maka terjadi efek Meissner sempurna dan jika lebih besar dari Hc, maka fluks magnet

luar akan menerobos masuk ke dalam bahan superkonduktor sehingga fenomena

superkonduktivitas menghilang.

Yang termasuk jenis bahan superkonduktor I yaitu Pb, Ag dan Sn yang

menyalurkan arus pada permuakaannya sampai kedalaman 10 – 4 mm pada medan

magnet hingga setinggi-tingginya adalah kuat medan magnet Nb dan paduan Pb. Pada

bahan superkonduktor jenis I yang menghantarkan arus tetap akan menimbulkan medan

magnet tanpa kerugian karena medan listriknya di semua tempat adalah nol.

Superkonduktor tipe 1 terdiri dari logam dan metaloid yang menunjukkan

beberapa sifat konduktivitas di suhu ruangan. Superkonduktor tipe 1 ini membutuhkan

suhu yang sangat dingin agar menjadi superkonduktif. Saat menjadi superkonduktif, tipe

1 ini akan menghasilkan sifat diamagnetik yang kuat.

Di bawah ini adalah beberapa nama superkonduktor tipe 1.

Timbal (Pb) (menjadi superkonduktif di suhu 7,196 K)

Lantanum (La) (menjadi superkonduktif di suhu 4,88 K)

Tantalum (Ta) (menjadi superkonduktif di suhu 4,47 K)

Air raksa (Hg) (menjadi superkonduktif di suhu 4,15 K)

Timah (Sn) (menjadi superkonduktif di suhu 3,72 K)

Indium (In) (menjadi superkonduktif di suhu 3,41 K)

Paladium (Pd) (menjadi superkonduktif di suhu 3,3 K)

Krom (Cr) (menjadi superkonduktif di suhu 3 K)

Aluminium (Al) (menjadi superkonduktif di suhu 1,175 K)

Seng (Zn) (menjadi superkonduktif di suhu 0,85 K)

Platina (Pt) (menjadi superkonduktif di suhu 0,0019 K)

b) Tipe II

Pada tahun 1960-an lahirlah keluarga superkonduktor tipe II, yang biasanya

berupa kombinasi unsur molybdenum (Mo), niobium (Nb), timah (Sn), vanadium (V),

germanium (Ge), indium (In) atau galium (Ga). Sebagian merupakan senyawa, sebagian

lagi merupakan larutan padatan.

Superkonduktor tipe II ini tidak dapat dijelaskan dengan teori BCS karena apabila

superkonduktor jenis II ini dijelaskan dengan teori BCS, efek Meissner nya tidak terjadi.

(Efek Meissner yaitu efek dimana superkonduktor menghasilkan medan

magnet). Abrisokov berhasil memformulasikan teori baru untuk menjelaskan

superkonduktor jenis II ini. Ia mendasarkan teorinya pada kerapatan pasangan elektron

yang dinyatakan dalam parameter keteraturan fungsi gelombang. Abrisokov dapat

menunjukkan bahwa parameter tersebut dapat mendeskripsikan pusaran (vortices) dan

bagaimana medan magnet dapat memenetrasi bahan sepanjang terowongan dalam

pusaran-pusaran ini. Lebih lanjut ia pun dengan secara mendetail dapat memprediksikan

jumlah pusaran yang tumbuh seiring meningkatnya medan magnet. Teori ini merupakan

terobosan dan masih digunakan dalam pengembangan dan analisis superkonduktor dan

magnet.

Superkonduktor tipe II akan menolak medan magnet yang diberikan. Namun

perubahan sifat kemagnetan tidak tiba-tiba tetapi secara bertahap. Pada suhu kritis, maka

bahan akan kembali ke keadaan semula.

Superkonduktor tipe II mempunyai dua harga medan magnet kritis, yaitu Hc1

atau medan kritis rendah dan Hc2 atau medan kritis tinggi. Superkonduktor tipe II akan

bersifat sama dengan superkonduktor tipe I ketika medan magnet luar berharga lebih

kecil dari Hc1. Jika medan magnet luar berharga antara Hc1 dan Hc2, maka sebagian

fluks magnet akan menerobos ke dalam bahan superkonduktor, sehingga superkonduktor

dikatakan berada dalam keadaan campuran (mixed state). Selanjutnya, bahan akan

kehilangan sifat superkonduktifnya ketika medan magnet luar berharga lebih besar dari

Hc2.

Pada superkonduktor jenis II, jika medan magnetnya mencapai medan kritis

dan suhu kritisnya relatif (kondisi tersebut lebih tinggi dari jenis I), keadaan

superkonduktor tidak langsung berubah menjadi konduktor normal, tetapi menjadi bahan

yang merupakan peralihan atau dari kondisi superkonduktor menjadi konduktor normal.

Pada jenis ini yang menghantarkan arus tetap akan menimbulkan medan magnet dengan

kerugian yang sangat kecil dan dapat diabaikan.

Superkonduktor tipe 2 berbeda dengan tipe 1 saat transisi dari keadaan normal ke

superkonduktif. Superkonduktor tipe 2 terdiri dari senyawa logam dan aloy. Kerennya,

beberapa bahan tipe 2 membutuhkan suhu yang relatif lebih hangat untuk menjadi

superkonduktif dibandingkan dengan tipe 1.

Berikut adalah beberapa contoh superkonduktor tipe 2:

(Sn5In)Ba4Ca2Cu11Oy (menjadi superkonduktif di suhu sekitar 218 K)

(Sn5In)Ba4Ca2Cu10Oy (menjadi superkonduktif di suhu sekitar 212 K)

Sn5Ba4Ca2Cu10Oy (menjadi superkonduktif di suhu sekitar 200 K).

Berdasarkan nilai suhu kritisnya, superkonduktor dibagi menjadi

dua kelompok yaitu:

a) Superkonduktor bersuhu kritis rendah

Superkonduktor jenis ini memiliki suhu kritis lebih kecil dari 23 K.

Superkonduktor jenis ini sudah ditinggalkan karena biaya yang mahal

untuk mendinginkan bahan.

b) Superkonduktor bersuhu kritis tinggi

Superkonduktor jenis ini memiliki suhu kritis lebih besar dari 78 K.

Superkonduktor jenis ini merupakan bahan yang sedang

dikembangkan sehingga diharapkan memperoleh superkonduktor pada

suhu kamar sehingga lebih ekonomis. Contoh Superkonduktor bersuhu

kritis tinggi adalah sampel bahan YBa2Cu3O7-x.