Ditemukan olehHeike KamerlingkhOnnespada tahun 1911.

Merupakan fenomena mekanikal kuantum menjelaskan deskripsi matematika daridual particle‐like dan wave‐like behaviour,serta interaksi antara bahan dan energi.

Memiliki karakteristik efek Meissnerpenolakan medan magnetik yang cukuplemah dari sebuah superkonduktor akanmengubahnya menjadi sebuah bahansuperkonduktor.

DEFINISI

Secara umum, resistivitas listrik dari setiap konduktorlogam turun secara bertahap dengan berkurangnyatemperatur.

Terkecuali untuk konduktor seperti tembaga dan perak.Penurunan resistivitas dibatasi oleh faktorketidakmurnian (impurities) dan faktor lain.

Pada bahan superkonduktor, resistansi turun dengancepat ke nilai nol jika bahan tsb didinginkan di bawahtemperatur kritisnya.

Arus listrik yang mengalir pada kabel superkonduktorloop dapat terus mengalir selama beberapa saat (sampai100.000 tahun tergantung geometri kabel dantemperatur)meskipun tanpa sumber arus.

Berdasarkan karakteristik fisika: Tipe I  jika fasa transisi berorde 1 Tipe II  jika fasa transisi berorde 2

Berdasarkan penjelasan teori: Konvensional jika dijelaskan oleh teori BCS; teori yang menganggap bahwa superkonduktivitasmerupakan efek miksroskopis yang disebabkanoleh kondensasi dari pasangan elektron menjadikondisi boston (boston‐like state)

Unconventional  jika tidak berdasarkan teori BCS

Berdasarkan temperatur kritisnya: Temperatur tinggi jika resistansi dapat diturunkan menjadi

nol melalui proses pendinginan dengan nitrogen cair,temperatur kritis (TC) > 77 K

Temperatur rendah jika pendinginan tidak membutuhkannitrogen cair,TC ≤ 77 K

Berdasarkan materialnya: Unsur kimia contoh: raksa dan timbal Campuran logam contoh: niobium‐titanium, germanium‐

niobium Keramik contoh: magnesium diboride superkonduktor organik contoh: fullerenes, carbon nanotube

(bahan yang terbuat dari karbon dalam bentuk bulatberlobang/donut, elips, tabung, dan slinder)

Bervariasi untuk setiap bahan, meliputi: Kapasitas panas (heat capacity); Temperatur kritis (critical temperature); Area medanmagnet kritis (critical field); Kepadatan arus kritis dimana sifatsuperkonduktivitas menjadi hilang (critical currentdensity)

Cara mudah mengukur resistansitempatkan pada sirkuit listrik seri dengansumber arus, kemudian ukut tegangan (V) yang melaluinya

Resistansi dhitung dengan hukumOhm:

Jika tegangan (V) = 0, berarti resistansi (R) = 0  berarti bahan adalah superkonduktor

IVR

Pada konduktor normal, arus listrikdigambarkan sebagai fluida elektron yangberpindah melewati lempengan bahan yangbersifat sangat ionik, terjadi perubahan arusmenjadi panas sehingga energi menjadi terusberkurang (current is constantly being dissipated)

Pada bahan superkonduktor, fluida elektrontidak dapat diuraikan menjadi elektron‐elektrontunggal, tetapi tetap berpasangan yang disebutsebagai Cooper pairs, pengaliran arus terlaksanatanpa pengurangan energi (without energydissipation)

Pada superkonduktor tipe II dan superkonduktortemperatur tinggi, jika arus listrik dan medanmagnet diberikan, resistivitas bahan dalamjumlah yang sangat kecil tetap ada padatemperatur yang tidak terlalu jauh di bawahtransisi nominal superkonduksi

Jika digunakan untuk eksperimen yang sensisitif,nilai resitansi ini harus diperhitungkan. Secaraumum, resistansi ini dapat diabaikan.

Behavior of heat capacity (cv, blue) and resistivity (ρ, green) at thesuperconducting phase transition

Superkonduktifitas pada material muncul ketika suhu Tditurunkan dibawah suhu kritis Tc . Nilai suhu kritis ini bervariasiuntuk tiap material. Pada bahan superkonduktor konvensionalsuhu kritis berkisar antara 20 K – 1 K. Suhu kritis beberapasuperkonduktor konvensional diperlihatkan pada tabel berikut:

Bahan TC

Air Raksa 4.2 K

Magnesium diborida (MgB2) 39 K

Gejala superkonduktivitas pada Superkonduktorkonvensional ini dapat dijelaskan dengan konseppasangan elektron karena pertukaran fonon. Namunpada beberapa superkonduktor dengan suhu kritistinggi, efek ini masih belum diketahui. Beberapabahan superkonduktor non konvensional dapatbersifat superkonduksi pada suhu kritis yang tinggi,misalnya: Kuprat (YBa2Cu3O7 ) yang memiliki suhukritis 92 danmerkuri – kuprat dengan suhu kritis 130 K

Pada suhu kritis (fasa transisi) ini, juga ditemukan gejalaberhentinya superkonduksi ketika medan mangnetis eksternalyang lebih besar dari medan magnetis kritis bahan diberikan.Hal ini disebabkan karena energi bebas Gibbs meningkatsebesar pangat dua dari medan magnet. Sementara jika medanmagnetis tidak diberikan maka energi bebas ini akan lebihrendah, sehngga pada kondisi tertentu superkonduksi akanterjadi. Kesimpulannya, semakin tinggi suhu dan semakin kuatmedan magnetik akan mengurangi jumlah elektron pada pitasuperkonduksi sehingga pengaruh medan magnet eksternaldan arus akanmempengaruhi fasa transisi superkonduktor.

Anomali fisika lainnya yang terjadi pada fasa transisi adalahkapasitas panas elektronik yang proporsional dengan suhupada kondisi normal, pada fasa transisi akan mengalamilonjakan diskontinu dan selanjutnya turun secara linear. Padasuhu yang rendah, nilainya akan berubah eksponensialsebanding dengan e‐/T, dengan konstanta Fenomenaperubahan eksponensial ini menunjukkan terdapatnya celahenergi. Kondisi ini menjadi perdebatan hingga dibuktikanmelalui eksperimen turunnya suhu ketika medan magnetditingkatkan melebihi medan magnet kritis bahan. Inimenunjukkan adanya panas laten dalam bahan superkonduktorpada fasa transisi. (Simulasi Monte Carlo)

Efek yang terjadi apabila bahan superkonduktor ditempatkanpada medan magnet eksternal yang lemah sebesar H dandidinginkan dibawah suhu transisinya, maka sebagian medanmagnet tersebut akan ditolak, namun sebagian lainnya akansedikit menembus superkonduktor yang dinyatakan dengan Parameter kedalaman tembus magnet ini dinamakankedalaman tembus London. Kedalaman tembus Londonberkurang secara eksponensial mendekati nol ketika semakinmendekati bagian dalam superkonduktor. Kedalaman tembusLondon pada bahan superkonduktor biasanya merupakankelipatan 100 nm

Hingga tahun 1986, fisikawan meyakini superkonduktivitashanya dapat terjadi pada suhu dibawah 30 K (teori BCS).Namun setelah ditemukannya superkonduktivitas pada bahanlanthanum – based cuprate perovskite pada suhu 35 K olehBednorz dan Muller (1987), mulailah dikembangkan bahansuperkonduktivitas lainnya dengan suhu tinggi . Diantaranyadengan menggantikan lanthanum dengan yttrium(superkonduktor YBCO) yang bersifat superkonduksi pada suhukritis 92 K. Pembuatan superkonduktor suhu tinggi sangatpenting, karena memungkinkan penggunaan nitrogen cairsebagai bahan pendingin superkonduktor. Nitrogen cairmemiliki titik didih 77 K dan dapat diproduksi dengan mudahdari udara, sehingga superkonduktor suhu tinggi bernilaikomersil tinggi.

Beberapa penemuan penting berhasil menciptakan superkonduktorsuhu tinggi dari beberapa bahan yang lazim digunakan diantaranya:

Tahun 1993 ditemukan superkonduktor bahan keramik yangterdiri atas thallium, merkuri, tembaga, barium, kalsium danoksigen (HgBa2Ca2Cu3O8+5) merupakan superkonduktor dengansuhu tertinggi (Tc = 138 K)

Tahun 2008 ditemukan superkonduktor dengan bahan dasarcampuran besi oleh Hideo Hosono, Tokyo Institute of Technology,terdiri atas lanthanum oxygen fluorine iron arsenide (LaO1‐

xFxFeAs) yang bersifat super konduksi pada suhu 26 K.Penggantian lanthanum pada LaO1‐xFxFeAs dengan samriummenghasilkan superkonduktor yang bekerja pada suhu 55 K.

Struktur superkonduktor dengan suhu kritis Tc menyerupai strukturperovskit (CaTiO3) yang terdistorsi, berupa struktur perovskit multilayer dengan oksigen yang kurang. Salah satu contohnya adalahbidang CuO2 berlapis banyak dengan superkonduksi yang munculdiantara lapisan ini. Makin banyak lapisan CuO2+ makin tinggi Tc.Struktur ini anisotropis pada konduksi normal dan superkonduksi,arus dibawa oleh hole yang diinduksikan pada bagian oksigen dalamlapisan CuO2. Konduksi listrik yang dihasilkan sangat anisotropis,dengan konduktivitas lebih tinggi pada lapisan CuO2. Secara umum,suhu kritis tergantung dari komposisi kimia, sutitusi kation dankandungan oksigen. Lapisan ini dikenal sebagai superstripes. Dalamrealisasinya, superkonduktor dapat berupa struktur atom berlapisyang terdiri dari lapisan atom superkonduktor, saluran, titik yangdipisahkan lapisan ruang, sehngga diperoleh superkonduktivitas lapisbanyak dan celah banyak.

Gambar unit selYBCO

YBCO merupakan superkonduktor pertama yang ditemukanmemiliki Tc > 77 K ( diatas titik didih nitrogen cair). YBCO terdiriatas yttrium barium copper oxide (YBa2Cu3O7‐x), perbandinganmol yttrium barium dan copper dalam superkonduktorYBa2Cu3O7 adalah 1:2:3. Sehingga, superkonduktor ini disebutjuga superkonduktor 123.Unit sel YBa2Cu3O7 terdiri atas tiga elemen pseudokubikperovskit. Tiap unit sel perovskit terdiri atas satu atom Y atau Badibagian tengah, Ba didasar, Y ditengah, dan Ba diatas. Dengandemikian, Y dan Ba tersusun dalam urutan tumpukan [Ba–Y–Ba]sepanjang sumbu c. Keempat sudut unit sel diisi oleh Cu, dengandua ikatan koordinasi berbeda, Cu(1) dan Cu(2) dengan oksigen.Areal kristal oksigen yang terbentuk ada 4, yaitu O(1), O(2), O(3)and O(4). Koordinasi polyhedra Y dan Ba dengan oksigen salingberbeda.

Kelipatan tiga dari unit sel perovskit menghasilkan 9 atomoksigen, sementara YBa2Cu3O7 memiliki 7 atom oksigen,sehingga disebut struktur perovskit yang kekurangan oksigen.Strutur ini memiliki tumpukan dengan lapisan berbeda terdiriatas: (CuO)(BaO)(CuO2)(Y)(CuO2)(BaO)(CuO). Satu fitur kuncipada unit sel YBa2Cu3O7‐x (YBCO) adalah terdapatnya dualapisan CuO2. Fungsi bidang Y adalah sebagai ruang antara duabidang CuO2. Dalam YBCO, rantai Cu–O chains berperanpenting dalam superkonduktivitas. Tc maksimummendekati 92K jika x ≈ 0.15 dan struktur berupa kristal orthorhombic.Superkonduktivitas hilang saat x ≈ 0.6, dan struktur YBCOberubah dari orthorhombic ke tetragonal.

Metode paling sederhana untuk membuat superkonduktor Tc tinggi adalahreaksi termokimia solid – state meliputi: pencampuran, kalsinasi(pemanasan pada suhu tinggi dibawah titik lebur untuk menghasilkan oksida)dan sinterasi (pemanasan pada suhu tinggi dibawah titik lebur untukmemadatkan partikel campuran). Bubuk pencetus yang tepat, biasanyaberupa okisda dan karbonat dicampur dalam jumlah yang tepat pada ballmill. Proses reaksi kimia larutan seperti metode copresipitasi (penangkapanpartikel oleh larutan), pendinginan pada kondisi vakum (freeze‐drying) dansol‐gel (pembentukan gel dari larutan) dapat dijadikan alternatif untukmenghasilkan campuran yang homogen. Bubuk ini kemudian dikalsinasipada temperatur 8000C – 9500C selama beberapa jam. Bubuk ini kemudiandidinginkan, digiling dan dikalsinasi kembali. Proses ini dilakukanberulangkali hingga diperoleh campuran bahan yang homogen. Setelahhomogen, bubuk ini kemudian dipadatkan dalam bentuk butiran dandisinterasi. Lingkungan pensinterasian seperti suhu, waktu pengerasan, lajuatmosfer dan pendinginan sangat mempengaruhi dalam pembuatan bahansuoerkonduktorTc tinggi yang sangat baik.

Magnet superkonduktor adalah bahan elektromagnetyang sangat kuat. Bahan ini digunakan sebagaispektrometer massa dan magnet pengendali sinar padaakselerator partikel. Juga digunakan dalam pemisahanmagnet.

Pada tahun 1950 dan 1960 digunakan untuk membuatkomputer digital eksperimental menggunakan switchcryotron. Sekarang sudah digunakan untuk membuatrangkaian digital berdasarkan teknologi rapid single fluxquantum dan RF and microwave filters pada BTSjaringan selular.

Digunakan sebagai building blocks SQUIDs (superconductingquantum interference devices), magnetometers paling sensitif.SQUIDs digunakan pada mikroskop scanning SQUID danmagnetoencephalography. Perubahan resistansi yang cukup besarpada fase transisi ke superkonduktor dapat digunakan untukmembuat termometer pada micro-calorimeter photon detectorscryogenic.

Dengan makin berkembangnya pembuatan superkonduktor suhutinggi, aplikasi dimasa depan sangat menjanjikan, sepertimisalnya: smart grid, saluran transmisi, transformers, penyimpandaya, motor penggerak kereta supercepat (vactrains atau maglevtrains), perangkat magnetik mengambang, fault current limiters,nanoscopic material seperti: buckyballs, nanotubes, compositematerials dan pendingin magnetik superkonduktor.