SUPERKONDUKTOR
-
Upload
hafiz-arif-lubis -
Category
Documents
-
view
165 -
download
1
Transcript of SUPERKONDUKTOR
5/16/2018 SUPERKONDUKTOR - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/superkonduktor-55ab59f5af0bb 1/14
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). Tulisan singkat berikut mengajak Anda
mengenal lebih jauh superkonduktor.
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 (T c).
Bahan konduktor seperti logam tembaga merupakan bahan yang dapat menghantarkan
arus listrik. Meski begitu, pada nyatanya konduktor ini masih mempunyai hambatan listrik.
Adanya hambatan ini menyebabkan hilangnya energi listrik dalam bentuk panas. Pada bahan
superkonduktor, hambatan listrik benar-benar bernilai nol. Artinya listrik dapat mengalir
tanpa hambatan pada bahan superkonduktor ini. Apabila pada rangkaian tertutup dari
superkonduktor dialirkan arus listrik, maka arus tersebut akan terus mengalir mengintari
rangkaian tanpa batas waktu bahkan setelah sumber listrik dilepaskan dari rangkaian. Hal ini
terjadi karena tidak ada kehilangan energi selama arus mengalir karena hambatannya benar-
benar nol. Para ilmuwan mengatakan bahwa superkonduktivitas merupakan sebuah fenomena
kuantum makroskopik. Fenomena ini menjadi jembatan penghubung antara dunia mikro dan
makro. “Jembatan” ini memungkinkan kita untuk mempelajari sifat fisika dunia mikro secara
langsung.
Superkonduktor dapat berupa suatu bahan yang terbentuk dari unsur tunggal, paduan
logam ataupun senyawa. Gejala superkonduktivitas hanya teramati dibawah suhu tertentu
yang disebut sebagai suhu kristis (Tc).
Hambatan listrik dari logam konduktor merupakan fungsi dari temperatur. Ketika
suhu diturunkan maka secara bertahap hambatan listrik akan berkurang. Pada bahan
5/16/2018 SUPERKONDUKTOR - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/superkonduktor-55ab59f5af0bb 2/14
superkonduktor, ketika mencapai suhu tertentu tiba-tiba hambahannya turun hingga menjadi
nol. Suhu dimana gejala superkonduktivitas teramati disebut suhu kristis (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 269°C.
Kemudian pada tahun 1911, Onnes mulai mempelajari sifat-sifat listrik dari logam pada suhuyang 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, Onneskemudian 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. Kurva hasil pengamatan Onnes digambarkan pada gambar 1.
5/16/2018 SUPERKONDUKTOR - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/superkonduktor-55ab59f5af0bb 3/14
Gambar 1
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.
5/16/2018 SUPERKONDUKTOR - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/superkonduktor-55ab59f5af0bb 4/14
SUHU KRITIS
Perubahan watak bahan dari keadaan normal ke keadaan superkonduktor dapat
dianalogikan misalnya dengan perubahan fase air dari keadaan cair ke keadaan padat.
Perubahan watak seperti ini sama-sama mempunyai suatu suhu transisis, pada transisi
superkonduktor suhu ini disebut sebagai suhu kritik Tc, pada transisi fase ada yang disebut
titik didih (dari fase cair ke gas) dan titik beku (dari fase cair ke padat). Pada transisi
feromagnetik suhu transisinya disebut suhu Curie. Besaran fisis yang berkaitan dengan
transisi superkonduktor adalah resistivitas bahan, mari kita lihat grafik resistivitas sebagai
fungsi suhu mutlak pada gambar 2.
Gambar 2
Pada suhu T > Tc bahan dikatakan berada dalam keadaan normal, ia memiliki
resistansi listrik. Transisi ke keadaan normal ini bukan selalu berarti menjadi konduktor biasa
yang baik, pada umumnya malah menjadi penghantar yang jelek, bahkan ada yang ekstrim
menjadi isolator! Untuk suhu T < Tc bahan berada dalam keadaan superkonduktor. Di dalam
eksperimen, pengukuran resistivitasnya dilakukan dengan menginduksi suatu sampel bahan
berbentuk cincin, ternyata arus listrik yang terjadi dapat bertahan sampai bertahun-tahun.
Resistivitasnya yang terukur tidak akan melebihi ohm.meter, sehingga cukup beralasan
bila resistivitasnya dikatakan sama dengan nol.
Perkembangan bahan superkonduktor dari saat pertama kali ditemukan sampai
sekarang dapat diikuti pada tabel di bawah ini.
5/16/2018 SUPERKONDUKTOR - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/superkonduktor-55ab59f5af0bb 5/14
Bahan Tc (K) Ditemukan tahun
Raksa Hg () 4,2 1911
Timbal Pb 7,2 1913
Niobium nitrida 16,0 1960-anNiobium-3-timah 18,1 1960-an
Al0,8Ge0,2Nb3 20,7 1960-an
Niobium germanium 23,2 1973
Lanthanum bariumtembaga 28 1985
oksida
Yttrium barium tembaga oksida 93 1987
(1-2-3 atau YBCO)
Thalium barium kalsium 125 1987
tembaga oksida
Dengan berlalunya waktu, ditemukan juga superkonduktor-superkonduktor lainnya.
Selain merkuri, ternyata beberapa unsur-unsur lainnya juga menunjukkan sifat
superkonduktor dengan harga T c yang berbeda. Sebagai contoh, karbon juga bersifat
superkonduktor dengan T c 15 K. Hal yang ironis adalah logam emas, tembaga dan perak yang
merupakan logam konduktor terbaik bukanlah suatu superkonduktor.
Keluarga superkonduktor yang terdiri dari unsur-unsur tunggal yang dipelopori oleh
temuan Onnes, disebut superkonduktor tipe I atau superkonduktor konvensional, ada kira-kira
27 jenis dari tipe ini. Suatu hal yang menarik, bahwa unsur-unsur yang pada suhu kamar
merupakan konduktor banyak diantara mereka yang tidak memiliki sifat superkonduktor pada
suhu rendah, contohnya tembaga, perak dan golongan alkali.
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. Sifatnya agak berbeda dengan tipe I karena suhu kritiknya relatif lebih
tinggi, sehingga tipe II ini sering disebut superkonduktor yang alot. Semua alat yang telah
menerapkan superkonduktor dewasa ini menggunakan bahan tipe II ini, alasannya akan
menjadi jelas kemudian.
5/16/2018 SUPERKONDUKTOR - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/superkonduktor-55ab59f5af0bb 6/14
Tipe – tipe Superkonduktor
Berdasarkan interaksi dengan medan magnetnya, maka superkonduktor dapat dibagi
menjadi dua tipe yaitu Superkonduktor Tipe I dan Superkonduktor Tipe II.
a). Superkonduktor Tipe I
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.
b). Superkonduktor Tipe II
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.
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 memiliki suhu kritis yang
lebih tinggi dari superkonduktor tipe I.
Pada tahun 1985 di laboratorium riset IBM di Zurich, A.Muller dan G.Bednorz
memulai era baru bagi ilmu bahan superkonduktor. Mereka menemukan bahwa senyawa
keramik tembaga oksida dapat memiliki sifat superkonduktor pada suhu yang relatif tinggi,
5/16/2018 SUPERKONDUKTOR - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/superkonduktor-55ab59f5af0bb 7/14
rekor suhu kritik yang saat ini sudah mencapai 125 K juga dipegang oleh golongan ini.
Perkembangan selanjutnya tampak agak seret, para ahli sendiri masih meributkan ada
tidaknya batas suhu kritik yang mungkin dicapai. Ahli riset di Institut Teknologi California
meramalkan bahwa suhu kritik superkonduktivitas tidak akan pernah melampaui 250 K, jadi
masih cukup jauh di bawah suhu kamar. Apakah benar demikian, kita tunggu saja
hasil-hasil penelitian berikutnya.
Gambar 3
Pada tahun 1986 terjadi sebuah terobosan baru di bidang superkonduktivitas. Alex Müller
and Georg Bednorz, peneliti di Laboratorium Riset IBM di Rüschlikon, 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
5/16/2018 SUPERKONDUKTOR - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/superkonduktor-55ab59f5af0bb 8/14
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, gambar 3. 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 perusahaanamerika, 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.
5/16/2018 SUPERKONDUKTOR - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/superkonduktor-55ab59f5af0bb 9/14
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.
MEDAN MAGNET KRITIS
Tinggi rendahnya suhu transisi Tc dipengaruhi banyak faktor. Seperti tekanan yang
dapat menurunkan titik beku air, suhu kritik superkonduktor juga bisa turun dengan hadirnya
medan magnet yang cukup kuat. Kuat medan magnet yang menentukan harga Tc ini disebut
medan kritik (Hc). Kita lihat grafik ketergantungan Tc terhadap kuat medan magnet pada
gambar2.
Walaupun Pb bersuhu kritik normal (tanpa medan magnet) 7,2 K, apabila ia dikenai
medan H = 4,8 104 A/m misalnya, suhu kritiknya turun menjadi 4 K. Artinya dengan medan
sbesar itu pada suhu 5 K pun Pb masih bersifat normal. Medan kritiknya ini dapat dinyatakan
dengan persamaan :
Hc(T) = Hc (0) [ 1 - (T/Tc)2 ]
Hc (0) adalah harga maksimum Hc yaitu harga pada suhu 0 K.
Medan kritik ini tidak harus berasal dari luar, tapi juga bisa ditimbulkan oleh medan
internal, yaitu jika ia diberi aliran arus listrik. Untuk superkonduktor berbentuk kawat
beradius r, arus kritiknya dinyatakan oleh aturan Silsbee :
Ic = 2 . r . Hc
Jadi pada suhu tertentu ( T < Tc ) , bahan superkonduktor memiliki ketahanan yang
terbatas terhadap medan magnet dari luar dan arus listrik yang bisa diangkutnya. Kalau
harga-harga kritik ini dilampaui, sifat superkonduktor bahan akan lenyap dengan sendirinya.
Ambil contoh untuk kawat Pb beradius 1 mm pada suhu 4 K, agar ia tetap bersifat
superkonduktor ia tidak boleh menerima medan magnet lebih besar dari 48000 A/m atau
mengangkut arus listrik lebih dari 300 A. Pada ukuran dan suhu yang sama Nb 3Sn mampu
mengangkut 12500 A, oleh sebab itulah secara teknis superkonduktor tipe II lebih baik pakai.
Sebagai perbandingan YBCO pada suhu 77 K dapat mengangkut arus sebesar 530 A, cukup
lumayan! Naiknya suhu operasi mempunyai nilai ekonomis, karena biaya pendinginan
menjadi lebih murah dibandingkan helium cair (untuk menjaga suhu 4 K).
5/16/2018 SUPERKONDUKTOR - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/superkonduktor-55ab59f5af0bb 10/14
Satu liter He harganya US$ 4 (Rp.7000) sedangkan satu liter N 2 cuma 25 cent
(Rp.450), padahal dalam prakteknya penguapan 1 liter N2 setara dengan penguapan 25 liter
He.
EFEK MEISSNER
Gambar 4. Efek Meissner
Sifat kemagnetan superkonduktor diamati oleh Meissner dan Ochsenfeld pada tahun
1933, ternyata superkonduktor berkelakuan seperti bahan diamagnetiksempurna, ia menolak
medan magnet sehingga ia pun dapat mengambang di atas sebuah magnet tetap. Jadi
kerentanan magnetnya (susceptibility) = -1, bandingkan dengan konduktor biasa yang = -
10-5. Fenomena ini disebut efek Meissner yang tersohor itu.
Jadi satu keunggulan lagi bagi superkonduktor terhadap konduktor biasa. Ia tidak saja
menjadi perisai terhadap medan listrik, tapi juga terhadap medan magnet, artinya medan listik
dan magnet sama dengan nol di dalam bahan superkonduktor.
Tetapi pada tahun 1935 London bersaudara melalui penelitian sifat elektrodinamik
superkonduktor mendapatkan bahwa intensitas medan magnet masih dapat menembus bahan
5/16/2018 SUPERKONDUKTOR - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/superkonduktor-55ab59f5af0bb 11/14
superkonduktor walaupun hanya sebatas permukaan saja, ordenya hanya beberapa ratus
angstrom. Sifat rembesan ini dinyatakan oleh parameter yang disebut kedalaman rembesan
London. Medan magnet ternyata berkurang secara eksponensial terhadap kedalaman sesuai
dengannya.B (x) = Bo exp -(x / )
Bo adalah medan di luar dan x adalah kedalamannya. membesar dengan naiknya suhu, di Tc
harga tak berhingga besar, sehingga medan magnet mampu menerobos ke seluruh bagian
bahan tersebut atau dengan perkataan lain sifat superkonduktor telah hilang digantikan
dengan keadaan normalnya.
Teori London ini juga memberikan kesimpulan bahwa dalam bahan supekonduktor
arus listrik akan mengalir di bagian permukaannya saja. Hal ini berbeda dengan arus listrik dalam konduktor biasa yang mengalir secara merata di seluruh bagian konduktor.
Perbandingan watak magnetik pada keadaan normal, superkonduktor tipe I dan
tipe II adalah seperti pada gambar 5.
Gambar 5.
Pada tipe ii terdapat daerah peralihan yaitu antara Hcl dan Hc , pada saat itu struktur bahan
terjadi dari daerah normal yang berupa silinder-silinder kecil, disebut fluksoid karena bisa
diterobos fluks magnet, yang dikelilingi sepenuhnya oleh daerah superkonduktor.
TEORI BCS
Teori tentang superkonduktor yang lebih terinci melibatkan mekanika kuantum yang
dalam, diajukan oleh Barden, Cooper dan Schrieffer pada tahun 1975 dikenal sebagai teori
BCS yang akhirnya memenangkan hadiah Nobel pada tahun 1972.
5/16/2018 SUPERKONDUKTOR - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/superkonduktor-55ab59f5af0bb 12/14
Dalam teori ini dikatakan bahwa elektron-elektron dalam superkonduktor selalu
dalam keadaan berpasang-pasangan dan seluruhnya berada dalam keadaan kuantum yang
sama, pasangan-pasangan ini disebut pasangan Cooper.
Kita bandingkan dengan elektron konduksi dalam konduktor biasa. Di sini elektron
bergerak sendiri-sendiri dan akan kehilangan sebagian energinya jika ia terhambur oleh
kotoran (impurities) atau oleh phonon, phonon adalah kuantum energi getaran kerangka
(lattice) kristal bahan. Elektron tersebut akan menimbulkan distorsi terhadap kerangka kristal
sehingga menimbulkan daerah tarikan. Tarikan ini dalam superkonduktor pada suhu rendah
bisa mengalahkan tolakan Coulomb antar elektron, sehingga dengan ukar menukar phonon
dua elektron justru akan membentuk ikatan menjadi pasangan Cooper. Oleh karena keadaan
kuantum mereka semuanya sama, suatu elektron tidak dapat terhambur tanpa mengganggu
pasangannya, padahal pada suhu T < Tc getaran kerangka tidak memiliki cukup energi untuk
mematahkan ikatan pasangan tersebut. Akibatnya mereka tahan terhadap hamburan, jadilah
bahan tersebut superkonduktor.
SUPERKONDUKTOR KERAMIK
Bahan superkonduktor suhu tinggi yang memiliki bahan dasar keramik secara teoritis
belum dapat dijelaskan tuntas. Ia tidak bisa digolongkan ke dalam tipe I maupun II karena
ada beberapa sifatnya yang unik.
Bentuk kristalnya termasuk golongan perovskite, suatu bentuk kristal kubus yang
cukup populer. Rumus umum molekul perovskite adalah ABX3 , dimana A dan B adalah
kaiton logam dan X adalah anion non logam. Banyak bahan elektronis yang memiliki bentuk
perovskite ini, misalnya PbTiO3 dan PbZrO3 yang bersifat piezoelektrik kuat sehingga baik
digunakan untuk pressure-gauge.
Superkonduktor suhu tinggi ini ternyata berupa perovskite yang cacat. Misalnya
YBCO yang ditemukan oleh Chu Chingwu cs. dari Universitas Houston berbentuk 3 kubus
perovskite dengan rumus molekul YBa2Cu3O6,5 , yang menunjukkan defisiensi atom oksigen
sebagai anionnya (mestinya ada 9 atom). Nama lain untuk YBCO ini adalah 1-2-3,
menunjukkan perbandingan cacah atom Y, Ba dan Cu di dalam kristalnya. Atom-atom
tembaganya terletak pada suatu lapisan inilah arus listrik lewat dalam bahan YBCO. Struktur
yang demikian memiliki andil yang besar bagi sifat superkonduktivitas suhu tinggi, terbukti
senyawa barium-kalium-bismuth-oksida buatan AT & T Bell Laboratoies (1988) cuma
memiliki Tc = 30 K, senyawa ini tentu saja tidak memiliki atom tembaga sebagai lapisan
penghantar elektron.
5/16/2018 SUPERKONDUKTOR - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/superkonduktor-55ab59f5af0bb 13/14
Elektron-elektron juga dalam keadaan berpasangan, hal ini telah dibuktikan dengan
dijumpainya flukson yang merembes di dalamnya. Flukson adalah kuantum fluks magnetik
dalam superkonduktor, besarnya kira-kira 2 x 10-15 weber, dalam perhitungan besarnya ini
bersesuaian dengan kehadiran partikel bermuatan listrik dua kali muatan elektron.
Watak-wataknya yang masih perlu penjelasan teoritis adalah tarikan antar elektron
dalam pasangan Cooper yang ternyata masih cukup kuat walaupun suhu transisinya tinggi.
Padahal suhu yang tinggi menyebabkan bertambahnya cacah phonon, sehingga ikatan
elektron itu seharusnya akan hancur karenanya. dalam kaitan ini peranan kerangka kristal
harus kembali dipertanyakan. Mungkin saja kotoran di dalamnya yang justru mampu
meredam interaksi phonon atau gangguan-gangguan lain termasuk medan magnet yang besar
agar ia tetap stabil sebagai superkonduktor.
Sifat lain yang tidak menguntungkan dari YBCO adalah mudahnya ia melepaskan
oksigen ke lingkungannya, padahal dengan berkurangnya atom oksigen sifat
superkonduktornya akan hilang. Lagi pula ia terlalu rapuh untuk dibentuk menjadi kawat.
Lebih jauh lagi Philip W. Anderson (pemenang hadiah Nobel 1977 bidang Fisika)
mengemukakan peranan besaran spin dalam fenomena superkonduktor suhu tinggi ini,
pernyataan ini telah didukung oleh data percobaan MIT oleh RJ Birgeneau.
Sungguh merupakan sebuah tantangan besar bagi para ahli dari berbagai bidang untuk
memahami lebih jauh fenomena superkonduktor jenis baru ini. Tampaknya bahan ini akan
semakin merajai teknologi pada masa yang akan datang, yaitu abad XXI.
APLIKASI SUPERKONDUKTOR
Aplikasi Superkonduktor dalam kehidupan diantaranya :
a. Kabel Listrik.
Dengan menggunakan bahan superkonduktor, maka energi listrik tidak akan
mengalami disipasi karena hambatan pada bahan superkonduktor bernilai nol. Maka
penggunaan energi listrik akan semakin hemat.
5/16/2018 SUPERKONDUKTOR - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/superkonduktor-55ab59f5af0bb 14/14
b. Alat Transportasi
Penggunaan superkonduktor dalam bidang transportasi adalah Kereta Listrik super
cepat yang dikenal dengan sebutan Magnetik Levitation (MAGLEV).