BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Mengenal Superkonduktor

Superkonduktor belakangan ini menjadi topik pembicaraan dan penelitian yang paling

populer. Superkonduktor menjanjikan banyak hal bagi kita, misalnya transmisi listrik

yang efisien (tak ada lagi kehilangan energi selama transmisi). Memang saat ini

penggunaam superkonduktor belum praktis, dikarenakan masalah perlunya

pendinginan (suhu kritis superkonduktor masih jauh di bawah suhu kamar).

Superkonduktor adalah suatu material yang tidak memiliki hambatan dibawah suatu

nilai suhu tertentu. Suatu superkonduktor dapat saja berupa suatu konduktor,

semikonduktor ataupun suatu insulator pada keadaan ruang, suhu dimana terjadi

perubahan sifat konduktivitas menjadi superkonduktor disebut dengan temperatur kritis

(Tc).

Superkonduktor pertama kali ditemukan oleh seorang fisikawan Belanda, Heike

Kamerlingh Onnes, dari Universitas Leiden pada tahun 1911. Pada tanggal 10 Juli

1908, Onnes berhasil mencairkan helium dengan cara mendinginkan hingga 4 K atau

269oC. Kemudian pada tahun 1911, Onnes mulai mempelajari sifat-sifat listrik dari

logam pada suhu yang sangat dingin. 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.

Dengan tidak adanya hambatan, maka arus dapat mengalir tanpa kehilangan energi.

Percobaan Onnes dengan mengalirkan arus pada suatu kumparan superkonduktor

dalam suatu rangkaian tertutup dan kemudian mencabut sumber arusnya lalu mengukur

arusnya satu tahun kemudian ternyata arus masih tetap mengalir. Fenomena ini

kemudian oleh Onnes diberi nama superkondutivitas. Atas penemuannya itu, Onnes

dianugerahi Nobel Fisika pada tahun 1913.

Penemuan lainnya yang berkaitan dengan superkonduktor terjadi pada tahun 1933.

Walter Meissner dan Robert Ochsenfeld menemukan bahwa suatu superkonduktor

akan menolak medan magnet. Sebagaimana diketahui, apabila suatu konduktor

digerakkan dalam medan magnet, suatu arus induksi akan mengalir dalam konduktor

tersebut. Prinsip inilah yang kemudian diterapkan dalam generator. Akan tetapi, dalam

superkonduktor arus yang dihasilkan tepat berlawanan dengan medan tersebut sehingga

medan tersebut tidak dapat menembus material superkonduktor tersebut. Hal ini akan

menyebabkan magnet tersebut ditolak. Fenomena ini dikenal dengan istilah

diamagnetisme dan efek ini kemudian dikenal dengan efek Meissner. Efek Meissner ini

sedemikian kuatnya 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.

Dengan berlalunya waktu, ditemukan juga superkonduktor-superkonduktor lainnya.

Selain merkuri, ternyata beberapa unsur-unsur lainnya juga menunjukkan sifat

superkonduktor dengan harga Tc yang berbeda. Sebagai contoh, karbon juga bersifat

superkonduktor dengan Tc 15 K. Hal yang ironis adalah logam emas, tembaga dan

perak yang merupakan logam konduktor terbaik bukanlah suatu superkonduktor.

Pada tahun 1986 terjadi sebuah terobosan baru di bidang superkonduktivitas. Alex

Mller and Georg Bednorz, peneliti di Laboratorium Riset IBM di Rschlikon,

Switzerland berhasil membuat suatu keramik yang terdiri dari unsur Lanthanum,

Barium, Tembaga, dan Oksigen yang bersifat superkonduktor pada suhu tertinggi pada

waktu itu, 30 K. Penemuan ini menjadi spektakuler karena keramik selama ini dikenal

sebagai isolator. Keramik tidak menghantarkan listrik sama sekali pada suhu ruang.

Hal ini menyebabkan para peneliti pada waktu itu tidak memperhitungkan bahwa

keramik dapat menjadi superkonduktor. Penemuan ini membuat keduanya diberi

penghargaan hadiah Nobel setahun kemudian.

Penemuan demi penemuan dibidang superkonduktor kini masih saja dilakukan oleh

para peneliti di dunia. Penemuan lainnya yang juga fenomenal adalah berhasil

disintesanya suatu bahan organik yang bersifat superkonduktor, yaitu (TMTSF)2PF6.

Titik kritis senyawa organik ini masih sangat rendah yaitu 1,2 K.

Pada bulan Februari 1987, ditemukan suatu keramik yang bersifat superkonduktor pada

suhu 90 K. Penemuan ini menjadi penting karena dengan demikian dapat digunakan

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.

Superkonduktor kini telah banyak digunakan dalam berbagai bidang. Hambatan tidak

disukai karena dengan adanya hambatan maka arus akan terbuang menjadi panas.

Apabila hambatan menjadi nol, maka tidak ada energi yang hilang pada saat arus

mengalir. Penggunaan superkonduktor dibidang transportasi memanfaatkan efek

Meissner, yaitu pengangkatan magnet oleh superkonduktor. Hal ini diterapkan pada

kereta api supercepat di Jepang yang diberi nama The Yamanashi MLX01 MagLev

train. Kereta api ini melayang diatas magnet superkonduktor. Dengan melayang, maka

gesekan antara roda dengan rel dapat dihilangkan dan akibatnya kereta dapat berjalan

dengan sangat cepat, 343 mph atau sekitar 550 km/jam.

Penggunaan superkonduktor yang sangat luas tentu saja dibidang listrik. Generator

yang dibuat dari superkonduktor memiliki efisiensi sebesar 99 an ukurannya jauh lebih

kecil dibandingkan dengan generator yang menggunakan kawat tembaga. Suatu

perusahaan amerika, American Superconductor Corp. diminta untuk memasang suatu

sistem penstabil listrik yang diberi nama Distributed Superconducting Magnetic

Energy Storage System (D-SMES). Satu unit D-SMES dapat menyimpan energi listrik

sebesar 3 juta Watt yang dapat digunakan untuk menstabilkan listrik apabila terjadi

gangguan listrik. Untuk transmisi listrik, pemerintah Amerika Serikat dan Jepang

berencana untuk menggunakan kabel superkonduktor dengan pendingin nitrogen untuk

menggantikan kabel listrik bawah tanah yang terbuat dari tembaga. Dengan

menggunakan kabel superkonduktor, arus yang dapat ditransmisikan akan jauh

meningkat. 250 pon kabel superkonduktor dapat menggantikan 18.000 pon kabel

tembaga mengakibat efisiensi sebesar 7000 ari segi tempat.

Dibidang komputer, superkonduktor digunakan untuk membuat suatu superkomputer

dengan kemampuan berhitung yang fantastis. Di bidang militer, HTS-SQUID

digunakan untuk mendeteksi kapal selam dan ranjau laut. Superkonduktor juga

digunakan untuk membuat suatu motor listrik dengan tenaga 5000 tenaga kuda.

Berdasarkan perkiraan yang kasar, perdagangan superkonduktor di dunia

diproyeksikan untuk berkembang senilai $90 trilyun pada tahun 2010 dan $200 trilyun

pada tahun 2020. Perkiraan ini tentu saja didasarkan pada asumsi pertumbuhan yang

linear. Apabila superkonduktor baru dengan suhu kritis yang lebih tinggi telah

ditemukan, pertumbuhan dibidang superkonduktor akan terjadi secara luar biasa.

1.2 Superkonduktivitas

Superkonduktivias adalah sebuah fenomena yang terjadi dalam beberapa material pada

suhu rendah, dicirikan dengan ketiadaan hambatan listrik dan "dampin" dari medan

magnetik interior (efek Meissner). Superkonduktivitas adalah sebuah fenomena

mekanika-kuantum yang berbeda dari konduktivitas sempurna.

Dalam superkonduktor konvensional, superkonduktivitas disebabkan oleh sebuah gaya

tarik antara elektron konduksi tertentu yang meningkat dari pertukaran phonon, yang

menyebabkan elektron konduksi memperlihatkan fase superfluid terdiri dari pasangan

elektron yang berhubungan. Ada juga sebuah kelas material, dikenal sebagai

superkonduktor tidak konvensional, yang memperlihatkan superkonduktivitas tetapi

yang ciri fisiknya berlawanan dengan teori superkonduktor konvensional. Apa yang

disebut superkonduktor suhu-tinggi superkonduk pada suhu yang jauh lebih tinggi dari

yang dimungkinkan menurut teori konvensional (meskipun masih jauh di bawah suhu

ruangan.) Sekarang ini tidak ada teori lengkap tentang superkonduktivitas suhu-tinggi.

Superkonduktivitas terjadi di berbagai macam material, termasuk unsur sederhana

seperti "tin" dan aluminum, beberapa logam alloy, beberapa semikonduktor di-dop-

berat, dan beberapa "compound" keramik berisi bidang atom tembaga dan oksigen.

Kelas compound yang terkahir, dikenal sebagai kuprat, adalah superkonduktor suhu-

tinggi.

Superkonduktivitas tidak terjadi dalam logam mulia seperti emas dan perak, atau di

banyak logam ferromagnetik, meskipun ada beberapa material menampilkan baik

superkonduktivitas dan ferromagnetisme telah ditemukan tahun-tahun belakangan ini.

1.3 Sejarah Lengkap Superkonduktor

Superkonduktor, material yang tidak punya resistansi terhadap aliran listrik, adalah

salah satu penemuan terbesar yang terakhir dalam sejarah penemuan ilmiah. Teori yang

menjelaskan perilaku superkonduktor adalah konstan setelah diteliti. Pada tahun 1911,

ahli ilmu fisika Belanda Heike Kamerlingh Onnes, Universitas Leyden, mengamati

superkonduktivitas yang pertama kali pada mercury. Ketika ia mendinginkannya pada

temperatur helium cair, 4 derajat Kelvin (-452F, -269C),resistansinya tiba-tiba

menghilang. Skala Kelvin menghasilkan nilai suatu " kemutlakan" pada skala

temperatur. Peristiwa ini merupakan hal yang penting bagi Onnes untuk membuktikan

bahwa superkonduktivitas dapat terjadi pada suhu 4 derajat Kelvin. Pada tahun 1913, ia

memenangkan Hadiah Nobel di dalam bidang ilmu fisika karena hasil percobaannya

tersebut.

Peristiwa besar yang berikutnya, pada tahun 1933, para peneliti mencoba memahami

lebih lanjut tentang penelitian Onnes pada suhu dingin yang ekstrim. Peneliti Jerman

Walter Meissner dan Robert Ochsenfeld menemukan bahwa suatu superkonduktor

material akan menolak suatu medan magnet. Suatu magnet yang bergerak di dalam

suatu konduktor mempengaruhi konduktor tersebut. Ini adalah prinsip bagaimana

pembangkit listrik beroperasi. Tetapi, di dalam suatu superkonduktor, arus induksi yang

mencerminkan bidang tersebut apabila tidak menembus material superkonduktor dapat

menyebabkan magnet berbalik arah. Peristiwa ini dikenal sebagai diamagnetisme kuat

dan hari ini sering dikenal sebagai " Efek Meissner" ( suatu eponym). Efek Meissner

menjadi sangat kuat apabila sebuah magnit dapat bergerak bebas di atas suatu material

superkonduktor.

Dalam sejarah lain tentang metal superkonduktor, campuran logam dan sejenisnya telah

ditemukan. Pada tahun 1941, niobium-nitride telah ditemukan untuk superkonduktor

pada suhu 16 derajat Kelvin. Tahun 1953, vanadium-silicon menunjukkan kelebihan

superkonduktif pada suhu 17.5 derajat Kelvin. Dan, pada tahun 1962, para ilmuwan di

Westinghouse mengembangkan lebih dulu secara komersil kawat superkonduktor, yaitu

suatu campuran logam niobium dan titanium ( Nbti). High-Energy, Particle-Accelerator

Elektromagnet dibuat dari copper-clad niobium-titanium yang kemudian dikembangkan

di 1960s di Rutherford-Appleton Laboratorium, Inggris, dan yang pertama kali di

ujicobakan adalah kecepatan pedal superkonduktor di Fermilab Tevatron, AS, tahun

1987.

Pemahaman tentang superkonduktor diperkenalkan lagi pada tahun 1957 oleh ahli ilmu

fisika Amerika Yohanes Bardeen, Leon Cooper, dan Yohanes Schrieffer. Teori

superkonduktor mereka kemudian dikenal dengan nama BCS Theory - yang diperoleh

dari permulaan nama terakhir mereka- dan memenangkan hadiah Nobel pada tahun

1972. BCS teori menerangkan superkonduktor pada temperatur dekat dengan absolut

nol untuk unsur-unsur dan campuran logam sederhana. Bagaimanapun, pada temperatur

lebih tinggi dan dengan sistem superkonduktor berbeda, teori BCS tidak cukup

menjelaskan fenomena padasuhu yang lebih tinggi.

Kemajuan teoritis penting lain datang pada 1962 ketika Brian D. Josephson, seorang

mahasiswa lulusan Cambridge University, meramalkan bahwa arus akan mengalir

diantara 2 material superkonduktor. bahkan ketika mereka dipisahkan oleh suatu bahan

yang bersifat isolastor. Ramalannya kemudiannya ditetapkan dan memenangkan dia

penghargaan Hadiah Nobel dalam Ilmu fisika pada tahun 1973. Peristiwa ini dikenal

sebagai " Efek Josephson" dan telah diaplikasikan bagi alat elektronik seperti SQUID,

suatu instrumen yang mampu mendeteksi medan magnet yang paling lemah. ( Di bawah

SQUID Disain Kuantum kehormatan grafis.)

SQUID

tahun 1980 adalah suatu dekade keemasan penemuan di bidang superkonduktor. Pada

1964 Bill Little dari Stanford University mengusulkan kemungkinan pembuatan dahan

superkonduktor organik. Yang sukses diimplementasikan pada tahun 1980 oleh Peneliti

Denmark Klaus Bechgaard dari Universitas Copenhagen dengan 3 anggota dari

Perancis. Nama bahan itu adalah (TMTSF)2PF6, yang harus didinginkan pada suhu

1.2K temperatur transisi (dikenal sebagai Tc) dan harus menggunakan suhu tinggi agar

dapatberfunsi sebagai superkonduktor.

Grafik Resistansi terhadap suhu pada superkonduktor

Kemudian, di pada 1986, suatu penemuan terobosan telah dibuat dalam bidang

superkonduktor. Alex Mller dan Georg Bednorz, peneliti di Laboratorium Riset IBM

di Rschlikon, Switzerland, menciptakan suatu keramik campuran yang dapat

menghantarkan pada temperatur yang paling tinggi : 30 K. Penemuan ini yang sangat

luar biasa karena keramik secara normal bahan isolasi. Mereka bukan penghantar listrik

yang baik. Maka, peneliti tidak mempertimbangkan merka sebagai high-temperature

superkonduktor yang mungkin dapat diteliti lebih lanjut. Lanthanum, Barium, Tembaga

dicampur Oksigen oleh Mller dan Bednorz, yang yang disatukan dengan cara yang

tidak lazim. Tetapi penemuan pertama ini untuk superconducting copper-oxides

(cuprates) memenangkan yang 2 hadiah Nobel pada tahun yang berikutnya. Setelah itu,

ditemukan sejumlah material yang benar-benar superconducting pada suhu 58 K.

Penemuan Mller dan Bednorz mencetuskan suatu gagasan baru dalam bidang ke-

superkonduktoran. Peneliti di seluruh bumi mulai mengolah keramik dengan seluruh

kemungkinannya untuk mendapatkan bahan dengan Tc yanglebih tinggi. Pada bulan

Januari 1987 suatu kelompok riset di Universitas Alabama-Huntsville mengganti

Lanthanum dengan Yttrium pada Mller dan Bednorz Molekul dan mencapai suhu yang

tidak masuk akal, yaitu 92 K Tc. material ini dikenal sebagai YBCO telah ditemukan

akan menghantarkan listrik pada temperatur lebih hangat dibanding nitrogen cair.

Seiring bertambahnya waktu, pembuatan superkonduktor dengan bahan yang

eksotisbahkan juga bahan yang beracun. Contohnya pada unsur-unsur di dalam dasar

perovskit ceramic. Standard yang sekarang tentang ceramic superkonduktor dengan

temperatur transisi yang paling tinggi adalah mercuric-cuprates. Sintesis pertama

tentang campuran ini ditemukan tahun 1993 oleh Guru besar Dr. Ulker Onbasli di

Universitas Colorado dan oleh kelompok peneliti A. Schilling, M. Cantoni, J. D. Guo,

dan H. R. Ott Zurich, di Switzerland.

Rekor dunia dengan Tc 138 K kini dipegang oleh thallium-doped, mercuric-cuprate

yang terdiri atas unsur-unsur Mercury, Thallium, Barium, Zat kapur, Tembaga Dan

Oksigen. Tc dari ceramic superkonduktor telah ditetapkan oleh Dr. Ron Goldfarb di

institut Standard Dan Technology, Colorado pada Februari 1994.

Perusahaan pertama untuk berperan besar pada high-temperature superkonduktor

adalah Illinois Superconduktor (ISCO Internasional), yang dibentuk 1989. kemudian

Private Industry and Academic Interest memperkenalkan suatu sensor yang lebih tinggi

untuk peralatan kedokteran yang bisa beroperasi pada temperatur nitrogen cair (~ 77K).

Selagi tidak ada kemajuan penting dalam bidang superkonduktor dalam beberapa tahun

terakhir, penemuan yang sama pentingnya ditemukan. Pada 1997 peneliti menemukan

bahwa pada suatu temperatur sangat dekat absolut nol suatu campuran logam emas dan

indium adalah suatu superkonduktor dan suatu magnet alami. Sejakdaridulu, bahan

seperti itu tidak pernah ditemukan. Sejak itu hampir setengah lusin bahan dengan sifat

seperti itu ditemukan. Beberapa tahun terakhir, telah ditemukan high-temperature

superkonduktor yang pertama yang tidak berisi tembaga (2000), dan all-metal

superconductor perovskit yang pertama ( 2001).

Juga pada 2001 suatu material dalam rak laboratorium untuk selama beberapa dekade

ditemukan untuk menjadi suatu superkonduktor baru yang luar biasa. Peneliti Jepang

mengukur temperatur transisi magnesium diboride pada 39 K - jauh di atas harga Tc

yang paling tinggi sejak pertama kali superkonduktor ditemukan. Selagi suhu 39 K

adalah suhu yang termasuk hangat dalam superkonduktor, maka bahan Mgb2 dibuat

bagi penggunaannya dalam aplikasi industri. Laboratorium Pengujian telah menemukan

performa Mgb2 lebih baik daripada NbTi Dan Nb3Sn dalam aplikasi medan magnet

tinggi seperti MRI.

BAB II

TIPE SUPERKONDUKTOR

Tipe1 pada kategori superkonduktor sebagian besar terdiri atas batang-batang rel

dan metaloid yang menunjukkan adanya konduktivitas pada suhu kamar. Mereka

memerlukan suhu yang sangat dingin untuk memperlambat getaran molekul sehingga

cukup untuk memindahkan elektron seperti yang diungkapkan dalam BCS teori. BCS teori

menyatakan bahwa elektron bekerja sama "Cooper pair" untuk saling menolong dalam

melewati rintangan molekul- seperti dalam lomba balap mobil dimana mereka saling

drafting satu sama lain agar dapat melaju lebih cepat. Ilmuwan menyebut proses ini

penggabungan phonon-mediated karena bunyi yang dihasilkan oleh fleksibilitas kisi-kisi

kristal.

Tipe1 superkonduktor, yang ditandai sebagai superkonduktor lembut, ditemukan

pertamakali dan memerlukan temperatur yang rendah (dingin) untuk menjadi

superconductive. Mereka memperlihatkan suatu transisi yang sangat tajam bagi

superconducting status dan diamagnetisme sempurna (kemampuan untuk menolak suatu

medan magnet sepenuhnya). Di bawah adalah daftar tipe1 superkonduktor yang sampai

saat ini sudah dikenal, kolom kedua adalah temperatur transisi yang kritis (Tc). Kolom

ketiga memberi struktur kisi-kisi padat yang memproduksi Tc.

Lead (Pb) Lanthanum (La) Tantalum (Ta) Mercury (Hg)

Tin (Sn) Indium (In)

Palladium (Pd)* Chromium (Cr)*

Thallium (Tl) Rhenium (Re)

Protactinium (Pa) Thorium (Th)

Aluminum (Al) Gallium (Ga)

Molybdenum (Mo) Zinc (Zn)

Osmium (Os) Zirconium (Zr)

7.196 K 4.88 K 4.47 K 4.15 K 3.72 K 3.41 K 3.3 K 3 K

2.38 K 1.697 K 1.40 K 1.38 K 1.175 K 1.083 K 0.915 K 0.85 K 0.66 K 0.61 K

FCC HEX BCC RHL TET TET

(see note 1) (see note 1)

HEX HEX TET FCC FCC ORC BCC HEX HEX HEX

Americium (Am) Cadmium (Cd) Ruthenium (Ru)

Titanium (Ti) Uranium (U) Hafnium (Hf) Iridium (Ir)

Beryllium (Be) Tungsten (W) Platinum (Pt)* Rhodium (Rh)

0.60 K 0.517 K 0.49 K 0.40 K 0.20 K 0.128 K 0.1125 K

0.023 K (SRM 768) 0.0154 K 0.0019 K

0.000325 K

HEX HEX HEX HEX ORC HEX FCC HEX BCC

(see note 1) FCC

Banyak unsur-unsur tambahan dapat dimasukkan ke dalam suatu keadaan

superkonduktive dengan aplikasi tekanan tinggi. Sebagai contoh, fosfor nampak seperti

tipe1 unsur dengan Tc yang paling tinggi. Tetapi fosfor memerlukan tekanan sekitar 2.5

Mbar untuk menjangkau Tc dengan nilai 14-22 K. Di atas daftar adalah untuk unsur-unsur

pada keadaan normal dengan tekanan udara normal. Lihat daftar susunan unsur kimia

untuk semua superkonduktor yang berhubungan dengan unsur dikenal (mencakup

Niobium, Technetium, dan Vanadium yang secara teknis tipe2).

Atypical Superconductors

Seolah-Olah ceramic superkonduktor sangat aneh, ada sistem (susunan)

superkonduktor lain yang lebih misterius telah ditemukan. Yang satu didasarkan pada

campuran memusat di sekitar "Fullerene". Nama Fullerene diambil dari almarhum

designer-author Buckminster Fuller. Fuller adalah pencipta geodesik dome, suatu struktur

yang berbentuk seperti bola sepak. Fullerene - juga disebut sebagai buckminsterfullerene

atau "buckyball" terjadi pada molekular level ketika 60 atom karbon gabung dalam suatu

lapisan tertutup. Ketika tercemar dengan satu atau lebih logam alkali, fullerene menjadi

"fulleride" dan telah memproduksi Tc's berkisar antara 8 K untuk Na2Rb0.5Cs0.5C60 dan

sampai 40 K untuk Cs3C60. Pada 1993 peneliti di State University of New York at Buffalo

melaporkan Tc antara 60 K dan 70 K untuk C-60 yang dicemari dengan interhalogen

campuran ICL

Fullerenes dan ceramic superkonduktor adalah suatu penemuan terbaru. Pada 1985,

professors Robert F. Curl, Jr. and Richard E. Smalley of Rice University in Houston and

Professor Sir Harold W. Kroto of the University of Sussex in Brighton, England secara

kebetulan menemukan bahan ini. Penemuan superconducting logam alkali fullerides

muncul pada tahun 1991 ketika Robert Haddon Dan Laboratorium Bel mengumumkan

bahwa K3C60 telah ditemukan menjadi baha nsuperkonduktor pada suhu 18 K.

Karbon murni yang tidak berbentuk bola seperti Fullernes ditemukan pada April

2001, Peneliti Cina di Hong Kong University menemukan 1-dimensional superkonduktansi

di dalam single-walled carbon nanotubes di suhu sekitar 15 K. Pada februari 2006, Ahli

fisika di Jepang menunjukkan non-aligned, multi-walled carbon nanotubes menjadi

superkonduktif pada temperatur setinggi 12 K. Silicon-based Fullerides seperti

Na2Ba6Si46 akan memiliki keadaan yang sama pula. mereka tersusun seperti jaringan

tanpa batas, bukan molekul terpisah.

Organik superkonduktor meliputi : garam molekular, polymers dan sistem karbon

murni (mencakup karbon nanotubes dan C60 Campuran). Garam molekular adalah

molekul organik besar yang memperlihatkan kekuatan superkonduktive pada suhu yang

rendah. Karena alasan ini, mereka sering dikenal sebagai "molekular" superkonduktor.

Keberadaan mereka diteorikan pada 1964 oleh Bill Little dari Stanford University. Sekitar

50 superkonduktor organik sejak itu telah ditemukan dengan nilai Tc berkisar dari 0.4 K

sampai 12 K (pada tekanan linkgunan). Sejak Tc ini masuk dalam tipe1 superkonduktor,

para ilmuwan menemukan aplikasi praktis untuk bahan-bahan ini. Yang termasuk keluarga

ini meliputi giant magnetoresistance, rapid oscillations, quantum hall effect, dan banyak

lagi (yang hampir mirip dengan sifat-sifat InAs and InSb). Pada awal 1997, (TMTSF)2PF6

diteliti oleh para peneliti di SUNY menemukan mereka dapat "quenching" pada kekuatan

medan magnie sampai 6 Tesla. Biasanya, pecahan medanmagnet yagn kaut dapat

membunuh sifat superkonduktivitas dalam suatu material.

Organik Superkonduktor terdiri dari suatu donor elektron (planar molekul organik)

dan suatu akseptor elektron ( suatu anion tidak organik). Beberapa contoh superkonduktor

organik :

(TMTSF)2ClO4

[tetramethyltetraselenafulvalene + acceptor] (BETS)2GaCl4 [bis(ethylenedithio)tetraselenafulvalene + acceptor] (BEDO-TTF)2ReO4H2O [bis(ethylenedioxy)tetrathiafulvalene + acceptor]

BAB III

KEGUNAAN SUPERKONDUKTOR

Magnetic-Levitation adalah contoh penggunaan superkonduktor yang sangat baik.

Alat transportasi seperti kereta dibuat untuk "mengapung" pada magnet superkonduktor

kuat, yang hampir menghapuskan friksi antara kereta dan rel-nya. Penggunaan MAGLEV

teknologi yang komersil terjadi 1990 ketika memperoleh status suatu proyek nationally-

funded di Jepang. Menteri Pengangkutan memberi hak konstruksi Yamanashi Maglev Test

Line dibuka pada 3 April 1997. Pada bulan Desember 2003, MLX01 menguji sarana

transport yang dicapai suatu kecepatan yang tidak masuk akal, 361 mph (581 kph)

MAGLEV pertama di Jepang

Walaupun teknologi MAGLEV sangat berguna, penggunaan MAGLEV yang lebih

luas sebagai sarana transportasi telah dibatasi oleh pemerhati lingkungan dan politisi

karena medan magnet kuat dapat menciptakan suatu bio-hazard. MAGLEV pertama di

dunia yang telah dioperasikan di beberapa belahan dunia seperti di Birmingham, Inggris,

ditutup pada tahun 1997 setelah mengoperasi 11 tahun. Sebuah Sino-German MAGLEV

sekarang masih beroperasi di Pudong Airport Internasional di Shanghai, China. Dan

Amerika Serikat merencanakan untuk mengaplikasikan MAGLEV pada Virginia College.

Bidang dimana superkonduktor dapat melaksanakan fungsi penyelamatan hidup

adalah dalam bidang biomagnetism. Para doktor membutuhkan suatu alat tidak berbahaya

yang dapat menentukan apa yang sedang terjadi di dalam tubuh. Dengan menyangkut suatu

medan magnet superconductor-derived kuat ke dalam badan, atom hidrogen yang ada air

badan dan lemak dipaksa untuk menerima energi dari medan magnet. Mereka kemudian

melepaskan energi pada suatu frekwensi yang dapat dideteksi dan hasilnya secaragrafik

dapat ditampilkan oleh komputer. Magnetic Resonance Imaging (MRI) ditemukan pada

pertengahan 1940. Tetapi uji coba MRI pertama klai tidak dilakukan sampai 3 Juli 1977.

dan pada waktu itu, untuk mengambil gambar dibutuhkan waktu hampir lima jam. Tetapi

dengan berkembangnya komputer sekarang, pemrosesan gambar menjadi lebih cepat.

The Korean Superconductivity Group di dalam KERIS telah membawa teknologi

biomagnetic selangkah lebih lanjut dengan mengembangkan suatu double-relaxation

oscillation SQUID (Superconducting QUantum Interference Device) untuk digunakan di

Magnetoencephalography. SQUID's dapat merasakan suatu perubahan di dalam suatu

medan magnet sampai satu juta kali lebih lemah dibanding kekuatan perpindahan jarum

kompas (kompas: 5e-5T, SQUID: e-14T.). Dengan teknologi ini, pendeteksian dapat

dilakukan tanpa menggunakan medan magnet yang kuat seperti pada MRI.

Aplikasi ideal untuk mengoptimalkan fungsi superkonduktor adalah

menggunakannya untuk transmisi daya listrik di kota-kota. Pada bulan Mei 2001 sekitar

150,000 penduduk Copenhagen, Denmark, menerima listrik mereka melalui HTS (high-

temperature superconducting) material.hal ini dilakukan sebagai uji coba. Kabelnya hanya

memiliki panjang 30 meter, Tetapi membuktikan cukup untuk menguji transimi daya agar

sampai ke tujuan. Pada musim panas 2001 Pirelli menyelesaikan instalasi tiga 400-foot

HTS kabel untuk Detroit Edison di Frisbie yang mampu mengirimkan 100 juta watt daya.

Hal ini sebagai penanda bahwa daya dapat dikirimkan secara komersil lewat HTS untuk

pertama kali. Kemudian IGC-SUPERPOWER bergabung dengan BOC dan Sumitomo

elektris dalam proyel senilai $26 juta untuk pemasangan HTS kabel listrik dalam tanah

untuk wilayah Albania, New York. Kabel Sumitomo DI-BSCCO telah digunakan dalam

proyek demonstrasi kabel listrik yang pertama yang disponsori oleh Departemen Energi

Dan Riset Energi New York & Otoritas Pengembangan. Setelah penghubungan kabel

suksesdilakukan pada Juli 2006, kabel DI-BSCCO menyediakan kabel untuk sekitar

70,000 rumah tangga dan hasilnya adalah tanpa permasalahan. Tetapi semuanya masih

dalam tahap uji coba yang akan selesai dalam kurun waktu 2007-2008

kabel HTS Sumitomo DI-BSCCO

The National Science Foundation, bersama dengan NASA dan DARPA dan

berbagai universitas, sedang meneliti "petaflop" komputer. Petaflop adalah ratusan juta

trilyun operasi per detik. Komputasi paling cepat masa kini hanya mencapai "teraflop"

kecepatan untuk trilyun operasi per detik. Sekarang ini yang paling cepat adalah IBM

Gene/L Biru Komputer dengan kecepatan 280.6 teraflops per detik (CPU yang lebih

darisatu). Sedangkan pengolah tunggal yang paling cepat adalah Lenslet Optical DSP

dengan kecepatan 8 teraflops. TRW researchers (sekarang Northrop Grumman) sudah

mengukur ini lebih lanjut dengan penggambaran kesimpulan bahwa 100 milyar Josephson

Simpangan pada 4000 mikro prosesor diperlukan untuk mencapai kecepatan 32 petabits

perdetik. Josephson Simpangan ini disatukan ke dalam transistor efek medan (FET) yang

kemudian menjadi bagian dari sirkuit logika dalam prosesor. Yang baru-baru ini telah

dipertunjukkan di Weizmann Institute di Israel bahwa medan magnet yang kecil yang

berpenetrasi pada Tipe2 superkonduktor dapat digunakan untuk menyimpan dan mendapat

kembali informasi digital. Sehingga para ahli menyimpulkan bahwa komputer pada

masadepannya nanti akan terbuatdari superkonduktor-superkonduktor. Banyak teknologi

yang akan mengaplikasikannya, seperti kuantum (DELTT) transistor, high-density

molecule-scale processors, dan DNA-based processing juga mempunyai potensi untuk

mencapai petaflop benchmarks.

IBM Blue Gene

Penggunaan superkonduktor juga ditemukan dalam aplikasi militer. HTSC

SQUIDS digunakan oleh angkatan laut Amerika Serikat untuk mendeteksi ranjau dan

kapal selam. Dan, motor dengan ukuran lebih kecil dibuat untuk kapal angkatan laut

dengan mneggunakan kawat superkonduktor dan tape. Pada pertengahan July 2001,

American Superconductor menemukan 5000-horsepower motor yang dibuat dengan kawat

superkonduktor.

Militer juga menggunakan superconductive tape sebagai alat untuk mengurangi

panjang antena frekwensi sangat rendah yang digunakan pada kapal selam. Yang secara

normal, semakin rencah frekwensi, ysemakin panjang antena yang harus digunakan.

Dengan menyisipkan suatu coil kawat di depan antena akan membuatnya berfungsi sebagai

antena yang lebih panjang. Tetapi, pemuatan coil juga meningkatkan kerugian sistem

dengan menambahkan resistansi kawat coil itu. Menggunakan superconductive material

dapat mengurangi resistansi dalam coil tersebut. Electronic Materials and Devices

Research Group at University of Birmingham (UK) dikenal sebagai pembuat

superconducting microwave antena yang pertama. Mereka menyatakan bahwa

superconducting karbon nanotubes dapat menjadi nano-antenna yang ideal untuk high-

gigahertz dan terahertz frekwensi.

Penggunaan lain superkonduktor pada bidang pelestarian alam adalah dalam bidang

Pengurangan emisi green-house gas (GHG). Hal ini sudah menjadi suatu isu yang hanget

sejak Kyoto Protocol yang membutuhkan the European Union (EU) untuk mengurangi

emisinya sebesar 8% yang teritung dari 1990 sampai dengan 2012. Ahli ilmu fisika di

Negara Finlandia sudah menghitung bahwaEU bisa mengurangi emisi gas asam-arang

samapi dengan nilai 53 juta ton jika high-temperature superconduktor digunakan dalam

pembangkit listrik.

BAB IV

PERKEMBANGAN SUPERKONDUKTOR

Antara 1986 dan 1994 kebanyakan pengembangan pada bidang superkonduktor

berhubungan dengan penemuan sistem superkonduktor baru dan campurannya. Beberapa

tahun terakhir, kecuali penemuan tentang unsur-unsur tambahan yang bersifat

superconduct pada tekanan tinggi yang ekstrim, Berita tentang superkonduktor difokuskan

pada jenis-jenis superkonduktor yang baru seperti ceramic superkonduktor, teknik

penghantaran yang inovatif dan superkonduktor yang tidak lazim. Di bawah adalah

beberapa perkembangan tentang superkonduktor

Silicon menjadi superkonduktor

Silicon --the archetypal semiconductor-- sudah lama diketahui sebagai bahan yang

dapat berfungsi sebagai superkonduktor. Dengan menggantikan 9% atom silicon dengan

atom borium, ahli ilmu fisika di Perancis menemukan bahwa resistansi material turun jauh

ketika didinginkan di bawah 0.35 K (alaminya 444 465).

Borium secara luas ditambahkan ke silicon untuk menjadikannya semikonduktor yang

berguna, tetapi persentase yang dibutuhkan hanya 0.002% dari total jumlah atom. Karena

borium memiliki satu lebih sedikit elektron dibanding Silicon yang tersedia untuk

berikatan dengan atom sebelahnya, borium bersatu dengan silicon yang meninggalkan

lubang-lubang bermuatan positif pada lokasi masing-masing dan borium memiliki elektron

yang hilang, yang nantinya akan dipasangkan. Pada suhu-kamar lubang ini dapat

berpindah, membuat borium yang dicemari silicon menjadi "p-type" semikondktor, tetapi

pada temperatur rendah, sisa lubang berada di orbital kepada nucleus borium. Konsentrasi

borium sekitar 0.01% dari ortibal temperatur rendah yang tumpang tindih, membuat

konduksi seperti metal. Bagaimanapun, hingga sekarang semua usaha untuk membuat

silicon superconductor sudah gagal.

Busterret Etienne at the Centre National de la Recherch Scientifique in Grenoble dan para

rekannya mencoba melakukan pencemaran dengan konsentrasi lebih tinggi untuk menutupi

kekurangan dari efek yang ditimbulkan. Karena Silicon secara normal sulit untuk

memasukkan unsur pencemaran atau ketidakmurnian kedalam strukturnya, mereka harus

lebih dulu melakukan sebuah metode bertenaga yang disebut "gas immersion laser doping"

yang secara berulang-ulang melelehkan dan mendinginkan lapisan tipis silicon dengan

menggunakan laser denyut. Selama dalam tahap pencairan, atom dari borium berhamburan

ke dalam film tetap d isana sampai mengeras kembali, yang akhirnya menggantikan

sampai dengan 9% atom Siliconnya. Peneliti menemukan bahwa dibawah temperatur 0.35

K, Silicon yang dicemari dengan sangat keras ini menjadi superkonduktor.

BAB V

KESIMPULAN

Penjelasan tentang superkonduktor

Hambatan elektris di dalam metal muncul karena elektron yang menyebar pada zat padat

berhamburan karena deviasi dari translational simetri sempurna. Yang ini dihasilkan juga

tidak oleh ketidakmurnian (Menimbulkan peningkatan suhu mandiri sampai terjadi

resistansi) atau fonon -getaran ke kisi- pada suatu zat padat.

Dalam suatu superkonduktor di bawah temperatur transisinya (Tc), tidak ada resistansi

karena ini mekanisme penyebaran tidak mampu untuk menghalangi gerakan arus

pengangkut. Arus dibawa dalam kelas superkonduktor dengan sepasang elektron yang

dikenal sebagai Cooper Pairs.

Mekanisme penggabungan dua elektron bermuatan negatif bersama-sama masih

kontroversial dalam "modern" superconducting sistem seperti oksida tembaga atau logam

alkali fullerides, tetapi dapat dipahami dengan baik pada superkonduktor konvensional

seperti aluminium dalam kaitan dengan yang matematika kompleks BCS (Bardeen Cooper

Schrieffer) teori

Hal yang perlu digasris bawahi adalah bahwa dibawah Tc, energi ikat sepasang elektron

menyebabkan pembukaan suatu gap pada spektrum energi Ef (Tenaga Fermi - tingkatan

yang paling tinggi pada zat padat), memisahkan bagian yang berpasangan dengan bagian

yang tunggal. Ukuran Cooper Pair ditentukan oleh panjang koherens yang bernilai secara

khas 1000 (meskipun dapat sekecil 30 pada oksida tembaga). Ruang yang ditempati

oleh satu pasangan berisi banyak pasangan yang lain, yang menciptakan saling

ketergantungan.

Tetapi energi panas tidak cukup untuk memisahkan pasangan itu, dengan membalikkan

arah perjalanan satu elektron pada pasangan memerlukan pemisahan pasangan dan

pasangan yang lain sesuai dengan BCS wavefunction. Dengan begitu arusyang lewat

sekarang tidak dihalangi.

BCS teori dapat diaplikasikan secara langsung pada superkonduktor seperti Nb3Ge (Tc=

23K) dimana elektron-elektronnya terikat bersama-sama oleh interaksi mereka dengan

getaran mendasari kisi-kisi: satu elktron pada pasangan mempolarisasikan kisi-kisi dengan

menarik nucleus ke arahnya, meninggalkan suatu daerah muatan positif berlebihan (suatu

sumbu potensial) menuju tempatelektron kedua ditarik - nucleus yang bermuatan positif

menengahi interaksi antara electron-electron yang bermuatan negatif tersebut.

Hanya elektron pada frekuensi vibrational Ef yang dapat dipasangkan dengan cara

interaksi seperti itu, sehingga menyebabkan hanya sedikit elektron yang dapat berubah

menjadi sperkonduktor.

DAFTAR PUSTAKA

http://physicsweb.org/articles/news/10/11/19/1

http://www.superconductors.org/Type1.htm

http://www.superconductors.org/History.htm

http://id.wikipedia.org/wiki/Superkonduktivitas

http://www.ornl.gov/info/reports/m/ornlm3063r1/pt1.htmlKompas (25 Januari 2002)

MENGENAL SUPERKONDUKTOR

KELOMPOK 7 :

Christian Jonathan (0510630026)

Yusuf Faris (0510630107)

Bagus Royan (0510633014)

Sandytria Bagus (0510633073)

Alfian Yuda (0510633002)

Galih Hatiyanto (0510633035)

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

UNIVERSITAS BRAWIJAYA

2007