Tugas+UTS+Muhammad

8/13/2019 Tugas+UTS+Muhammad

1/26

SUMMARY BAB 1-7

Pendahuluan Fisika Zat Padat

Oleh

Muhammad Ridwan

(3215083192)

Pendidikan Fisika Reguler

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS NEGERI JAKARTA

2011


2/26

BAB I

Struktur Kristal

1.1Struktur kristalsolid dikatakan kristal jika atom-atom disusun sedemikian rupa sehingga posisi mereka tepat

periodik atau tersusun rapi. Jarak antara dua titik yang berdekatan sepanjang garis x adalah a.

dan sepanjang garis y adalah b, sumbu x dan y tidak selalu orthogonal. sebuah Kristal yang

sempurna memiliki keteraturan sepanjang garis x dan y dari min tak terhingga sampai tak

terhingga.

1.2Definisi Dasara. Kisi kri stal Kisi Bravais

Dalam suatu kisi kristal yang khusus, yaitu kisiBravais, semua titik kisi itu ekivalen,

artinya:semua titik itu mempunyai lingkungan geometrik yang tepat sama. Pada kisi

bukanBravais ada titik kisi yang tak ekivalen

Basis

Pada setiap titik kisi ada suatu basis atom-atom; setiap basis adalah identik dalam

komposisinya, susunanya dan orientasinya. Suatu struktur kristal terjadi dengan

menempatkan suatu basis pada setiap titik kisi.

Vektor Basis

Andaikanlah bahwa setiap titik dalam kisi dua dimensional dapat ditulis sebagai ujung

dan vekior R, dengan ; R = n1a + n2b dengan (n1,n2) bilangan bulat positif atau negatif,

maka a dan b dinamakan vekior basis.

Vektor basis itu: tidak unik (ada berbagai kemungkinan) dan harus tidak segaris (tak ko-

linier)

1. Sel satuanDalam kristal dua dimensi merupakan luas daerah jajaran genjang yang sisi-sisinya

dibatasi oleh vektor basis adalahsel satuan. Dalam kristal 3D merupakan volume


3/26

paralelepipidum yang diatasi vektor basis.Apabila sel serupa itu digeser-geser ke ujung

sumbu vektor translasi, maka seluruh kisi kristal akan tercakup olehnya.

Sel satuan itu: tidak unik , karena vekior basis tidak unik, tetapi setiap sel satuan iiu sama

luasnya. dalam contoh di atas sel satuan mengandung satu titik kisi (4xseperempat titik kisi

primitif)

1.3 Sel Primitif dan tak-primitif

Sel primitif adalah sel satuan yang hanya memiliki satu titik kisi per sel. Sel tak primitif

memiliki lebih dan satu titik kisi per sel. Beberapa sifat;Luas sel tak-primitif adalah kelipatan

dan sel primitif dan Sel primitif dan sel tak primitif berkait dengan pemilihan vektor basis

dalam kisi bravais.

1.4 Elemen Simetri

a. Simetri Translasi dan Basis.

Suatu kristal yang ideal terdiri dari satuan susunan yang identik dan berulang dalam ruang

tiga dimensi yang tak terbatas. Satuan susunan tersebut, yang disebut basis, atau kumpulan

molekul. Basis mengisi wadah (volume atau ruang) dengan ukuran tertentu, yang dapat

ditranslasikan sepanjang jarak yang diskrit sehingga dapat mengisi seluruh ruang. Wadahyang bersangkutan disebut sel satuan (unit cell).

b. Simetri Kisi dan Sistem Kristal

selain translasi ada simetri yang lain antara lain: rotasi, refleksi, inverse, luncuran, dan ulir.

1.5 Struktur Kristal Sederhana

Tiga jenis struktur kristal yang relatif sederhana dapat dijumpai pada kebanyakan logam,

yaitu : kubus pusat sisi (face-centered cubic = FCC), kubus pusat ruang (body-centered

cubic = BCC), dan heksagonal mampat (hexagonal close-packed = HCP).

1.6 Amorf padat dan cair

Contoh paling familiar dari amorf padat adalah kaca jendela biasa. Secara kimia zat

penyusunnya adalah silicon oksida. Jika dilihat secara struktur bukan merupakan Kristal sama

sekali; silicon dan oksigen dengan mudah terdistribusi dengan nyata dalam susunan yang

acak.


4/26

Contoh kasus lainnya dari struktur amorf adalah liquid (cair). Pada system ini juga tidak

mempunyai struktur seperti Kristal dan atomnya muncul dengan distribusi yang acak.

Seiring waktu berjalan atom pada fase cair menyimpang dari satu wilayah ke wilayah lain,

namun dengan acak yang berulang.

1.7 Gaya Antaratom

gaya antarmolekul adalah gaya elektromagnetik yang bertindak antaramolekul atau

antara daerah yang dipisahkan secara luas darimakromolekul . Tercantum dalam rangka

penurunan kekuatan, kekuatan ini adalah:

Interaksi ion Hidrogen obligasi Interaksi dipol-dipol London Dispersi1.8 Ikatan Kristal

1. Kristal-Kristal Gas Mulia ( Gas Golongan VIII A )

Interaksi Van Der Waals-London

Ikatan Van Der Waals biasanya terjadi pada golongan gas mulia VIII A yaitu Ne, Ar, Kr, Xe,

Rn. Untuk bentuk-bentuk gas atom mulia, jika suhunya diturunkan maka perilakunya berubah

dari gas menjadi padatan yang memiliki ikatan yang disebabkan oleh momen dipol magnet.

1.9 Gaya Repulsif

Jika dua buah atom secara bersama saling tumpang tindih sehingga mengubah energi

elektrostatik sistem. Pada bagian yang sempit, energi yang tumpang tindih ini adalah repulsif,

BAB II

X-RAYS, NEUTRON, AND ELECTRON DIFFRACTION OF CRYSTAL

2.1 Generasi dan Absorbsi pada Sinar X

Sinar-X adalah gelombang elektrokmagnetik yang panjang gelombangnya mendekati 1 A,

kecuali pada kasus panjang gelombangnya pendek. Panjang gelombang dari sinar-X

memiliki besar yang sama dengan konstanta kisi Kristal dan itulah yang membuat sinar-Xberguna pada analisis unsure struktur Kristal.
http://www.wordiq.com/definition/Moleculehttp://www.wordiq.com/definition/Macromoleculehttp://www.wordiq.com/definition/Ionic_bondinghttp://www.wordiq.com/definition/Hydrogen_bondinghttp://www.wordiq.com/definition/London_forceshttp://www.wordiq.com/definition/London_forceshttp://www.wordiq.com/definition/Hydrogen_bondinghttp://www.wordiq.com/definition/Ionic_bondinghttp://www.wordiq.com/definition/Macromoleculehttp://www.wordiq.com/definition/Molecule


5/26

Eksperimental dasar tersusun untuk men-generalisasikan sinar-X tergambar pada gambar

2.1.Elektron dihasilkan dari katoda pada tabung vakum mengalami percepatan dengan

potensial tinggi mempengaruhi sepanjang tabung. Oleh karena itu electron memperoleh

energy kinetic yang tinggi dan ketika mereka bertumbukan pada target logam, membentuk

anoda pada ujung tabung , hamburan dari sinar-X dihasilkan dari target. Beberapa radiasi

sinar-X kemudian diekstraksi dari tabung dan digunakan untuk tujuan yang dimaksudkan.

Radiasi yang dipancarkan memiliki spektrum kontinu yang luas, yang diilustrasikan

serangkaian garis yang terbagi-bagi. Spektrum kontinu ini disebabkan emisi radiasi oleh

tumbukan nuklir di target. Sedangkan garis diskrit disebabkan emisi dengan atom di target,

setelah mengalami tumbukan electron.

2.1 Terbentuknya sinar-X

2.2 Scattering from an Atom

Proses difraksi dapat dibagi secara alami ke dalam dua langkah:

1. Disebar oleh atom individu, dan2. Interferensi bersama diantara sinar tersebar

Semua atom dikelilingi oleh elektron yang mengalami percepatan dari medan listrik yang

dihubungkan dengan sinar. Sejak muatan akselerasi memancarkan radiasi, begitu pula pada

elektron. Pada dasarnya elektron menyerap energi dari sinar dan menyebarkannya ke segala

arah. Elektron membentuk awan muatan di sekeliling atom, jadi saat mempertimbangkan

penyebaran dari atom secara keseluruhan, kita harus mempertimbangkan perbedaan fase di

antara sinar tersebar dari daerah berbeda awan muatan

2.3 Scattering from a Crystal

Untuk memanfaatkan faktor hamburan atom yang telah didiskusikan pada bab sebelumnya,

kita bisa membagi penjumlahan menjadi dua bagian : pertama, kita menjumlahkan semua


6/26

elektron yang ada pada atom tunggal lalu menjumlahkan semua atom di kisi. Kedua

penjumlahan itu menjadi jumlah total dari semua elektron yang ada pada kristal.

2.4 KEADAAN DIFRAKSI DAN HUKUM BRAGG

Penerapan konsep kisi resiprokal untuk mengevaluasi faktor kisi struktur s dalam proses

hamburan sinar x. keadaan difraksi seperti ini terjadi karena vektor hamburan s sebanding

dengan kisi vektor resiprokal.

Intensitas hamburan lenyap dalam segala arah kecuali yang berada pada faktor struktur S tak

hilang. Petunjuk arah terakhir ini adalah arah difraksi: yaitu yang memenuhi kondisi

interferensi konstruktif. Ketika kondisi Bragg terpenuhi, maka berkas yang terbentuk

terdifraksi menjadi sinar tunggal, yang dicatat pada detektor sebagai bercak tunggal pada

film. area ini merupakan seluruh rangkaian bidang pantul (hkl). Ketika kristal diputar

sehingga terbentuk lagi bidang baru yang memenuhi memenuhi kondisi Bragg, maka ini

muncul sebagai tempat baru pada film di detektor. Oleh karena itu setiap tempat pada film

mewakili seluruh rangkaian bidang kristal, dan dari pengaturan area ini kita dapat

menentukan struktur kristal

2.5 Hamburan dari Zat Cair

Hamburan sinar-X juga digunakan dalam menginvestigasi struktur zat cair. Dengan

mengobservasi pola dari hamburan sinar, kita dapat menentukan fungsi distribusi pasangan

dari zat cair. Persamaan factor hamburan zat cair:

Flq = fa

Di mana fa adalah faktor atomic dan somasinya adalah seluruh atom dalam zat cair. Kita

asumsikan zat cair monoatomik. Tapi dalam zat cair, atom bergerak secara terus-menerus dari

daerah satu ke daerah lain, tidak seperti kasus zat padat, di mana mereka dibatasi untuk sisi

tertentu.

2.6 Teknik Eksperimen

Pada dasarnya terdapat tiga metode :Kristal-rotasi metode, laue metode, danserbuk metode.

Tanpa memperhatikan metode yang digunakan, jumlah yang diukur pada dasarnya sama.


7/26

i) Sudut hamburan 20 antara berkas difraksi dan peristiwa. Dengan mensubtitusi sin0 ke hukum Bragg, satu menentukan interplanar spacing sebagaimana orientasi

bidang responsible dengan difraksi.

ii) Intensitas I dari berkas difraksi. Besaran ini menentukan factor struktur sel Fhkldank arena itu memberikan informasi tentang penyusunan atom pada unit sel.

Metode Kristal berputar

Metode ini digunakan untuk analisis struktur pada Kristal tunggal. Kristal ini biasanya

berdiameter sekitar 1 mm dan terpasang pada poros yang dapat berputar. Film fotografi

ditempatkan pada sisi dalam dari silinder konsentris dengan sumbu rotasinya. Sebuah insiden

sinar panjang gelombang dan dibuat untuk menimpa pada Kristal. Specimen kemudiandiputar, maka akan diperoleh kondisi difraksi, dimana, lamda dan teta sesuai hukum bragg.

Metode Laue

Metode ini dapat digunakan untuk penentuan cepat dari simetris dan orientasi pada Kristal

tunggal.

Metode bubuk

Metode ini digunakan untuk penentuan struktur Kristal bahkan jika specimen bukan Kristal

tunggal.

2.7 Aplikasi sinar x lainnya pada fisika zat padat

Teknik difraksi sinar x, selain digunakan untuk menganalisis struktur kristal, dicari juga

aplikasi lainnya pada fisika zat padat. Seperti: mengetahui ketidaksempurnaan kisi, untuk

menentukan struktur biologi molekul, dll.

Difraksi neutron

Difraksi Neutron adalah bentuk hamburan elastis dimana keluar neutron percobaan memiliki

kurang lebih energi yang sama seperti neutron insiden.

Difraksi neutron memiliki beberapa keunggulan bila dibandingkan dengan difraksi sinar x


8/26

1. atom ringan seperti hidrogen lebih baik diselesaikan dalam pola neutron karena hanyamemiliki sedikit elektron untuk menyebarkan sinar x, mereka tidak menimbulkan efek

yang signifikan terhadap difraksi sinar x

2. pola neutron membedakan antara isotop atom yang berbeda, sedangkan pola x-raytidak

3. difraksi neutron telah membuat kontribusi penting untuk mempelajari materialmagnetic

4. teknik difraksi neutron jauh lebih tinggi dari sinar x dalam studi getaran kisi,kelemahan difraksi neutron antara lain:

1. menggunakan reactor nuklir yang sulit didapat2. neutron, yang netral, lebih sulit untuk mendeteksi daripada ionisasi x-ray

Difraksi Elektron

Difraksi elektron yang paling sering digunakan dalam fisika zat padat adalah untuk

mempelajari struktur kristal padat. Eksperimennya biasanya dilakukan dengan

menggunakan mikroskop transmisi elektron (TEM), atau mikroskop scanning elektron

(SEM) sebagai hamburan difraksi elektron

Pola Difraksi

Geometri Pengindeksan pola Pengindeksan Pola Difraksi Elektron

BAB 3

DINAMIKA KISI

3.1 GELOMBANG ELASTIK

Zat padat tersusun dari atom-atom yang terpisah dan pisahan ini harus di perhitungkan dalam

dinamika kisi. Ketika panjang gelombang sangat zat padat dapat diberlakukan dalam medium

tak hingga. Dinamika seperti ini dinamakan gelombang elastic.


9/26

3.2. MODEL PENOMORAN DAN KERAPATAAN KEADAAN DARI MEDIUM

KONTINU

Gelombang elastik pada zat padat ini dapat disebabkan baik oleh gelombang

mekanik (bunyi/ultrasonik) maupun oleh gelombang termal (inframerah). Kedua

gelombang tersebut dapat menyebabkan getaran kisi. Untuk selanjutnya, paket-paket

energi getaran kisi disebut fonon. Fonon dapat dipandang sebagai kuasipartikel seperti

halnya foton pada gelombang cahaya/elektromagnet. Melalui konsep yang mirip

dualisme partikel-gelombang ini, rambatan getaran kisi dalam zat padat dapat dianggap

sebagai aliran fonon.

3.3 SPESIFIKASI PANAS : MODEL EINSTEIN DAN MODEL DEBEY

Kapasitas panas zat bergantung pada suhu, Pada suhu rendah, Cv menyimpang dari hukum

Dulong-Petit, Nilai Cv menurun seiring dengan berkurangnya suhu T, dan Cv menuju nol

untuk T = 0. Di sekitar T = 0 nilai Cv sebanding dengan T3

.

MODEL TEORI KLASIK

Menurut fisika klasik, getaran atom-atom zat padat dapat dipandang sebagai osilator

harmonik. Satu getaran atom identik dengan sebuah osilator harmonik.

MODEL EINSTEIN

Dalam model ini, atom-atom dianggap sebagai osilator-osilator bebas yang bergetar tanpa

terpengaruh oleh osilator lain di sekitarnya

MODEL DEBYE

Dalam model Einstein, atom-atom dianggap bergetar secara terisolasi dari atom

disekitarnya. Anggapan ini jelas tidak dapat diterapkan, karena gerakan atom akan

saling berinteraksi dengan atom-atom lainnya.

3.3 FONON

Fonon dalamfisika adalah kuantumkuantum modavibrasipada kisikristal tegar, seperti kisi

kristal padazat padat.

3.4 GELOMBANG KISI

KISI MONOATOMIK SATU DIMENSI

Pada kiki monoatomik satu dimensi kisi dalam keadaan setimbang, masing-masing atom

berada pada posisi tetap pada tempatnya. Karena atom berhubungan satu sama lain, atom

berpindah secara simultan, jadi kita harus mempertimbangkan pergerakan kisi seluruhnya.

Kisi diatomik satu dimensi

Pada kisi diatomik memenuhi sifat simetri yang sama dalam ruang q dibahas dalam kaitannya
http://id.wikipedia.org/wiki/Fisikahttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Kuantum&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Vibrasi&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Kristalhttp://id.wikipedia.org/wiki/Zat_padathttp://id.wikipedia.org/wiki/Zat_padathttp://id.wikipedia.org/wiki/Kristalhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Vibrasi&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Kuantum&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Fisika


10/26

dengan kisi satu dimensi.

KISI TIGA DIMENSI

Dalam kasus tiga dimensi, representasi lengkap dari hubungan dispersi memerlukan

pemberian frekuensi untuk titik-titik di seluruh ruang q tiga dimensi. Hal ini sering dilakukan

dengan memetakan kontur frekuensi dalam ruang ini.

3.5 RAPAT KEADAAN KISI

Rapat keadaan g () didefinisikan, seperti sebelumnya, seperti yang g () d memberikan

sejumlah mode dengan rentang frekuensi (, + d).Fungsi ini memainkan peran penting

dalam fenomena kebanyakan melibatkan getaran kisi, panas spesifik khususnya. Dengan

model Debye panas specifik. Di sini kita akan mendapatkan fungsi appopriate untuk kisi

diskrit, dan kemudian menggunakan hasilnya dalam bagian berikut, yang ditujukan untuk

teori yang tepat dari panas spesifik.

3.6 KHUSUS PANAS: TEORI EXACT

Jadi pada temperatute tinggi semua mode sangat antusias, dan satu dapat menunjukkan

bahwa vC = 3R, sedangkan pada suhu rendah hanya-gelombang fonon panjang

bersemangat. Artinya, kita dapat mengambil g () ~ 2, yang mengarah ke T 3perilaku

dibahas sebelumnya. Teori yang tepat dan model Debye memiliki nilai sama pada batas suhu

ekstrim.

3.7 KONDUKSI TERMAL

Bila pada ujung-ujung suatu bahan padat berada pada suhu yang berbeda T1 dan T2,

dengan T2 > T1 maka panas akan mengalir dari ujung yang bersuhu tinggi ke ujung

yang bersuhu rendah. Dalam pembahasan rambatan panas oleh fonon sangat tepat untuk

membayangkan fonon-fonon sebagai suatu. Pada setiap daerah dalam ruang selalu

terdapat fonon yang bergerak acak ke segala arah. Penggunaan model gas ini

memungkinkan diterapkan teori kinetik gas.

3.8 PEMANTULAN SINAR X, NEUTRON DAN PHONON OLEH CAHAYA

Pemantulan Sinar-X tidak elastic

Pertama, pertimbangkan proses pemantulan Sinar-X. Sebuah kejadian pemantulan pancaran

dari gelombang kisi dimana gelombang adalah adalah vector q. Dengan melihat dari sisi

kuantum, satu kesimpulan bahwa foton menyerap phonon dan konsekuensinya menghasilkan

pemantulan kea rah yang baru. momentum yang ditransfer ke foton adalah sama dengan

momentum yang diserap phonon.

3.9 MICROWAVE ULTRASONIK


11/26

Salah satu ciri ini dapat menyebabkan foton balk ultrasonik yang kemudian dipekerjakan

untuk mempelajari proses fisika dalam zat padat karena satu dapat mengontrol

directions,frequency dan polarisasi seperti sebuah balok,itu lebih amenable untuk meneliti

ukuran foton ultrasonik menarik yang berkaitan dengan panas, tidak sesuai kontrol, sebab

mereka menarik di semua directions, dengan semua kemungkinan polarisasi dan berakhir

rata-rata frekuensi besar

3.10 SIFAT KISI OPTIKAL DALAM INFRA MERAH

Sifat opikal dari Kristal ionic memeiliki hubungan dengan optikal fonon. Frekeuensinya

berkisar antara daerah spectrum inframerah dimana optikal fonon juga aktif. Kristal ionic

dalam infra merah menunjukkan pencerminan dan penyerapan yang kuat.

Polarisasi

Efek-efek yang menarik muncul saat kita mengetahui secara jelas bahwa dampak dari

keberadaan Phonon optikal pada gelombang elektromagnetik transversal ternyata menyebar

di dalam Kristal. Dampak ini dapat kita cari dengan menggunakan nilai dari persamaan

dielektrik medium, r(). Hubungan dispersi untuk gelombang elektromagnetik, dimana

=cq dalam vakum, sekarang dapat kita modifikasi menjadi , dimana

merupakan indeks refraksi. Hubungan ini menunjukkan efek-efek pada mediumdengan kecepatan dari gelombang pada watak normal

BAB 4

MODEL ELEKTRON BEBAS

4.1 Elektron Valensi

Electron konduksi merupakan electron yang dapat membawa arus listrik di bawah aksi medan

listrik. Konduksi dimungkinkan karena setiap konduksi-elektron tersebar diseluruh padat

(terdelokalisasi) dari pada yang melekat pada setiap atom tertentu. Sebaliknya, baik local

electron tidak membawa arus.

4.2 Gas Elektron Bebas

Berdasarkan model elektron valensi berpindah ke dalam bahan tanpa banyak tumbukan,

kecuali saat pantulan dari permukaan banyak seperti molekul dalam gas ideal. Karena ini,

kita sebut sebuah gas elektron bebas.

Interaksi di antara ion kelihatan lemah seperti mengikuti, walaupun elektron berinteraksi

dengan ion mengalami tarikan coulomb. Efek kuantum memperkenalkan tambahan repulsive

potensial yang mempertahankan interaksi untuk membatalkan tarikan coulomb. The net


12/26

potential diketahui sebagai pseudopotential mematikan untuk menjadi lemah, khusus untuk

kasus logam alkali.

Sekarang kita sampai pada interaksi antara elektron valensi itu sendiri dan alasan kelemahan

dari interaksi ini. Di sana ada dua alasan, pertama, berdasarkan prinsip Larangan Pauli

putaran elektron pararel bertahan antara satu sama lain. Kedua, bahkan jika putaran mereka

berlawanan elektron mempertahankan untuk tetap dibelakang dari yang lain dalam urutan

energi minimum dalam system

4.3 Konduktivitas Listrik

Konduktivitas listrik adalah ukuran dari kemampuan suatubahan untuk menghantarkan arus

listrik. Jika suatu beda potensial listrik ditempatkan pada ujung-ujung sebuah konduktor,

muatan-muatanbergeraknya akan berpindah, menghasilkan arus listrik. Konduktivitas listrik

didefinisikan sebagairatio darirapat arus J terhadap kuatmedan listrik E:

4.4 Resistivitas Listrik Versus Temperatur

Konduktivitas listrik dari sebuah logam berubah sesuai temperatur logam dengan

karakteristik tertentu. Perubahan ini biasanya dibahas dalam persamaan perilaku resistansi

terhadap T. Pada awalnya naik secara perlahan, namun setelah itu naik secara linear.

Perilaku linear ini berlangsung secara esensial sampai mencapai titik leleh. Pola ini diikuti

oleh sebagian besar logam, dan biasanya suhu ruangan termasuk dalam daerah linear.

Kita membagi pemisahan dari kisi sempurna menjadi dua kelas.

a. Vibrasi kisi (phonons) dari ion disekitar daerah kesetimbangan, sesuai dengan eksitasitermal dari ion.

b. Semua ketidaksempurnaan statis, seperti defek kristal. Pada grup selanjutnya kitaakan mengalami defek Kristal.

4.5 Kapasitas Panas Pada Elektron Induksi

I. Fungsi Distribusi Fermi DiracPenerapan untuk gas electron memberi syarat bahwa kita harus memasukan konsep electron

sebagai partikel identik yang tidak dapat dibedakan sehingga larangan Pauli berlaku untuk

electron. Sebagai akibatnya, gas electron tidak memenuhi distribusi Maxwell-

Boltzman(system partikel identik) memenuhi distribusi Fermi-Dirac.

II. Kapasitas Panas electronSalah satu kelemahan teori klasik adalah tidak mampu meramalkan kapasitas logam. Menurut

teori klasik electron bebas dalam logam dipandang sebagai gas atau partikel bebas sehingga

dengan menggunakan statistic Boltzman diperkirakan energy rata-rata electron 3/2 kT.

4.6 Permukaan Fermi
http://id.wikipedia.org/wiki/Bahanhttp://id.wikipedia.org/wiki/Arus_listrikhttp://id.wikipedia.org/wiki/Arus_listrikhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Potensial_listrik&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Konduktorhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Muatan&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Ratio&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Rapat_arus&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Medan_listrikhttp://id.wikipedia.org/wiki/Medan_listrikhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Rapat_arus&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Ratio&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Muatan&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Konduktorhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Potensial_listrik&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Arus_listrikhttp://id.wikipedia.org/wiki/Arus_listrikhttp://id.wikipedia.org/wiki/Bahan


13/26

Electron pada logam berada dalam kedaan kontinu dan dalam pergerakan acak. Electron ini

dianggap sebagai partikel bebas, sehingga energinya merupakan energy. Elektron-elektron ini

bergerak dalam kecepatan yang berbeda-beda dan acak, sehingga keberadaannya dapat

diwakilkan dengan titik-titik yang mengisi ruang secara seragam

Permukaan Fermi ini tidak tergantung oleh temperature. Jika suhu dinaikkan, hanya sebagian

kecil electron di dalam ruang Fermi yang akan terkesitasi keluar, dan ini tidak akan

mempengaruhi permukaan Fermi.

4.7Dampak Konduktivitas Listrik pada Permukaan FermiPada keadaan normal, electron bergerak dengan kecepatan yang beragam, dan membawa

arusnya masing-masing. Namun, arus total dari system adalah nol. Hal ini dikarenakan pada

setiap electron dengan kecepatan v, selalu ada electron kebalikannya dengan kecepatan v,

maka total dari kedua arusnya sama dengan nol. Situasi ini berubah jika kita memberikan

medan listrik. Jika medan ini diletakkan pad sumbu x positif, electron akan mendapatkan

kecepatan alir (drift velocity) . Hal ini menyebabkan seluruh ruang Fermibergeser ke arah kiri.

4.8. Konduktivitas Panas Pada Logam

Konduksi termal adalah suatu fenomena transport di mana perbedaan temperatur

menyebabakan transfer energi termal dari satu daerah benda panas ke daerah yang sama pada

temperatur yang lebih rendah.

4.9Gerak Pada Medan Magnet: Resonansi Siklotron Dan Efek HallPenerapan medan magnet untuk logam menimbulkan beberapa efek yang menarik yang

timbul dari elektron konduksi. Resonansi siklotron dan efek aula merupakan dua yang akan

kita gunakan untuk menyelidiki sifat-sifat elektron konduksi.

Efek Hall

Untuk melihat efek hall terjadi, mari kita pertama mempertimbangkan situasi sebelum medan

magnet diperkenalkan. Ada arus listrik mengalir pada arah x positif, yang

berarti bahwa elektron konduksi gerakan dengankecepatan v dalam arah x negatif. Ketika

medan magnet diperkenalkan, gaya Lorentz F = e (v x B) menyebabkan elektron

untuk menekuk ke bawah, seperti yang ditunjukkan pada gambar. Akibatnya, elektron

menumpuk di permukaan yang lebih rendah, menghasilkan muatan negatif bersih di sana.

Bersamaan muatan positif bersih muncul dipermukaan atas, karena kekurangan elektron sana

Kombinasi beban permukaan positif dan negatifmenciptakan medan listrik ke bawah, yang

disebut efek hall.


14/26

4.10 Konduktivitas AC Dan Sifat Optik

kita akan membahas konduktivitas elektrik pada daerah arus bolak-balik. Ini erat kaitannya

dengan sifat optik; istilah optik disini mencakup seluruh rentang frekuensi dan tidak

terbatas pada daerah tampak saja. Mempertimbangkan gelombang elektromagnetik

transversal, merambat dalam arah-x dan terpolarisasi dalam arah-y.

4.11 Emisi Panas

Ketika sebuah logam dipanaskan, electron terpancar dari permukaan, phenomena ini dikenal

dengan thermionic emmision. Sifat ini dikerjakan dalam tabung vakum, di mana katoda

metalik biasanya dipanaskan untuk memasok elektron yang diperlukan untuk operasi tabung

4.12 Kegagalan Dari Model Elektron Bebas

1. Model ini memberi kesan bahwa, conduktivitas elektrik sebanding dengan konsentrasielectron

2. Fakta bahwa beberapa logam menunjukan ruang konstan positif, sebagai contoh (be,zn, cd, dll). Model electron bebas selalu diprediksi dalam ruang negative constan

3. Pengukuran dari permukaan fermi menunjukan bahwa kadang-kadang dalam bentuktidak pejal. Penyangkalan dalam model diprdiksi pejal.

BAB 5

5.1 Spektra Energi Dalam Atom, Molekul, dan Solid

Pembahasan materi ini dilakukan untuk mendeskripsikan secara kualitatif spektrum energi

dari sebuah elektron yang bergerak dalam kristal solid. Sebelumnya, pembahasan akan

dimulai dengan mempertimbangkan spektrum dari atom bebas, dengan memperhatikan

perubahannya menjadi bentuk solid.

Dengan pertimbangan situasi dimana dua atom Lithium bergabung untuk membentuk

molekul Lithium, Li2.. Maka potensial pada elektron menjadi dua kalinya. Energi spektrum di

sini terdiri dari satu set doublet terpisah. Setiam level atomik, yaitu 1s, 2s, 2p, dst, memiliki

patahan dalam dua jarak level terdekat. Karena ada hubungan antara atomik dan level

molekul. Level energi molekular terdiri dari dua sublevel.

Orbit kristal lebih lama menembus padatan, tidak seperti orbital atomik, dimana

penempatannya mengelilingi atom pada umumnya, dan peluruhan eksponensial pada atom.

Pada kasus ini, kita memilih fungsi gelombang solid sebagai delocalized orbital. Orbit ini

menggambarkan pergerakan gelombang elektron pada padatan. Prinsip declocalization adalah


15/26

salah satu dasar untuk semua fenomena pergerakan elektronik pada padatan, seperti konduksi

listrik.

5.2 Pita Energi Pada Solid: Teorema The Bloch

Fungsi The Bloch

[

] (r) =E(r)

Fungsi kedudukan (r) diketahui sebagai fungsi Bloch, memiliki beberapa properti menarik

a. Fungsi (r) memiliki bentuk gelombang pesawat bergerak, digambarkan sebagaifaktor eikr dengan pendapat bahwa elektron meningkat menembus kristal seperti

partikel bebas

b. Karena elektron sebagai gelombang dari vektor k, elektron memiliki panjanggelombang DeBroglie =2/k. Dan momentumnya

P=

c. Fungsi The Bloch (r) adalah orbit kristal, yang dilokalisasi menembus padatan dantidak dilokalisasi mengelilingi atom umumnya. Elektron dibagi berdasarkan

kristalnya.

5.3 Pita Enrgi di ruang-k : Zona Brillouin

Zona Brillouin

Zona Brilloin ditemui ketika terjadi difraksi Bragg dari sinar-x. Ketika bidang normal yang

membagi dua vektor kisi balik, daerah itu ditutup antara antara bidang tersebut dari variasi

Brillouin Zone.

Untuk kristal satu dimensi, k berhimpit dengan G sehingga 2k.G = 2k.G cos 0 = 2k.G,

Dengan demikian nilai k = + G, dimana G = n(2/a) adalah vektor kisi respirok,

dan n adalah bilangan bulat. Sehingga

k= + G = + n(/a)

Difraksi pertama terjadi dan celah energi pertama terjadi untuk nilai k = + (/a).

Cdaerah antara - /a dengan /a disebut Daerah Brilloiun zona pertama

5.4 Nomer di tiap keadaan


16/26

Kita menyatakan fungsi Bloch dengan n,k yang terindikasi bahwa nilai index pita n dan

vektor k menetukan keadaan elektron atau orbital. Kita menunjukkan bahwa nomor robit di

sebuah pita dalam zona pertama sama dengan nomer dari sel unit di kristal.

5.5 Model Elektron Hampir Bebas

Diasumsikan bahwa potensial kristal sangat lemah. Sehingga elektron pada dasarnya

berperilaku seperti sebuah partikel bebas. Pengaruh dari potensial ini akan diperlakukan

dengan metode perturbasi(gangguan), yang hasilnya diharapkan sevalid potensialnya lemah.

5.5 Celah Energi dan Refleksi Bragg

Refleksi Bragg adalah fitur karakteristik perambatan gelombang dalam kristal. refleksi Bragg

pada gelombang elektron dalam kristal merupakan penyebab celah energi (energy gaps).

celahenergi ini sangat penting dalam menentukan sebuah solid merupakan insulator atau

konduktor.

5.6 model ikatan kuat

Ketika sebuah elektron ditangkap oleh ion selama pergerakannya melalui kisi-kisi, elektron

tetap disana untuk waktu yang lama sebelum bocor, atau tunneling, menjadi ion selanjutnya

menunjukkan juga bahwa energi dari elektron adalah lebih rendah dipitaingkan dengan

ouncak dari potensial penghalang. Selama interval penangkapan, elektron mengorbit terutama

mengelilingi ion tunggal. Sepanjang waktu elektron teikat kuat dengan atom itu sendiri.5.7 Menghitung energy pita

Metode NFE dan model ikatan kuat- terlalu sederhana untuk digunakan dalam menghitung

pitas sebenarnya dimana dipitaingkan dengan hasil eksperimen. Beberapa skema berbeda

untuk menghitung energy pitas telah digunakan.

Metode sel

Metode sel adalah metode awal yang digunakan untuk menghitung pita (Wigner dan Seitz,

1935). Ini digunakan dengan sukses untuk logam alkali

5.8 Permukaan Fermi

Pada bab 4.7 kita telah mendiskusikan permukaan Fermi dalam kaitannya dengan model

elektron bebas. Dapat kita lihat bahwa signifikansi dari permukaan ini pada zat padat

merupakan turunan dari fakta bahwa hanya elektron yang dekat dengan permukaan

berpartisipasi dalam eksitasi termal atau proses transportasi. Di sini kita akan menganggap

permukaan Fermi lagi, dan sekarang kita akan sertakan efek dari potensial kristal.

Signifikansi dari sisa yang tidak berubah tetapi bentuknya pada beberapa kasus mungkin

dengan sangat lebih rumit daripada bentuk bola dari model elektron bebas.


17/26

5.9 Kecepatan Elektron Bloch

Mari kita pelajari gerakan elektron Bloch pada zat padat. Sebuah elektron di keadaan k

bergerak melalui kristal dengan kecepatan dengan tepat berhubungan energy dari

keadaannya. Anggap kasus pertama merupakan partikel bebas. Kecepatannya diberikan

dengan v=p/mo dimana p adalah momentum. Selama p = k . mengikuti dimana untuk

elektron bebas, kecepatannya

v = k / mo

5.10 Dinamika Elektron dalam Medan Listrik

Ketika sebuah medan listrik digunakan dalam sebuah benda padat, elektron yang ada di

dalam benda padat akan mengalami percepatan. Kita bisa mempelajari gerakkannya paling

mudah pada ruang k. kehadiran dari medan listrik, elektron bergerak konstan pada ruang k,

ini tidak pernah beristirahat. Ingat juga bahwa pergerakan di ruang k adalah periodik pada

skema zona redusi, setelah melewati zona sekali, elektron mengulang pergerakan.

5.11 Dinamika Massa Efektif

sepanjang pergerakan di dalam sebuah medan listrik diperhatikan, elektron Bloch

berkelakuan seperti elektron bebas yang memiliki massa m*. Massa m* terbalik sebanding

dengan kelengkungan; dimana kelengkungannya besar karenad2E/dk2 juga besar

massanya kecil; kelengkungan kecil mengakibatkan massanya besar.

Konsep massa efektif sangat berguna, ini sering digunakan untuk menyelesaikan masalah dari

elektron Blonch dengan cara menganalogikannya dengan elektron bebas

5.12 Momentun, momentum kristal, dan physical origin of the effective mass

Dinyatakan pada beberapa kejadian pada elektron Bloch dalam keadaan k

menunjukkan memiliki momentum sebesar k. Pada dasarnya ada tiga alasan berbeda yang

mendukung pernyataan ini.

a) Fungsi Bloch memiliki persamaan

b) Ketika medan listrik diterapkan, vektor gelombang terhadap waktu berdasarkan

Menyatakan bahwa k sebagai momentum.

c) Pada proses tumbukan yang menyertakan elektron Bloch, elektron menambahkan/memperbesar elektron sebanding dengan k.


18/26

5.13 The hole

Lubang yang terjadi di pita adalah diisi penuh kecuali untuk satu tempat kosong Konsep

lubang merupakan satu teori penting, terutama dalam semikunduktor sebagai sifat dasar

dalam mengoperasikan beberapa barang, seperti transistor

5.14 Konduktivitas listrik

Aspek lain yang penting dari proses konduksi listrik dan fenomena transportasi pada

umumnya adalah bahwa mereka memungkinkan kita untuk menghitung waktu tabrakan

5.15 Dinamika elektron dalam medan magnet: resonansi siklotron dan efek hall

Gerakan dari elektron Bloch Dalam medan magnet adalah generalisasi alami dari gerak

elektron e bebas di bidang yang sama. Sebuah elektron bebas menjalankan gerak melingkar

dalam ruang kecepatan sepanjang kontur energi dengan frekuensi . Sebuahelektron Bloch mengeksekusi sebuah gerak siklotron sepanjang kontur energi dengan

frekuensi yang diberikan oleh (5.110). kontur energi dalam kasus yang terakhir ini mungkin

tentu saja sangat rumit.

5.16 METODE EKSPERIMEN DALAM PENENTUAN STRUKTUR PITA

Kita dapat menentukan energi fermi oleh metode soft x-ray emission.Saat logam ditembak

oleh berkas e-energi tinggi, elektron dari kulit K tidak terkunci, meninggalkan tempat kosong

dibelakang. Elektron pada pita valensi sekarang bergerak untuk mengisi lowongan ini,

mengalami transisi ke bawah.

Teknik Optical Ultraviolet juga digunakan dalam penentuan struktur ikat. Saat berkas sinar

melanggar ke logam, elektron tereksitasi dari bawah level fermi ke tingkat pita selanjutnya yg

lebih tinggi. Pita di dalam dapat diamati dengan cara optik - teknik reflektansi dan

penyerapan, yang memberikan informasi mengenai bentuk ikatan energi

BAB 6

Semikonduktor

6.1 Struktur Kristal dan Ikatannya

Struktur Kristal

Bahan padat pada dasarnya adalah tersusun atas atom-atom, ion-ion, atau molekul-molekul

yang letaknya berdekatan dan tersusun teratur membentuk suatu struktur tertentu. Perbedaan

sifat pada zat padat disebabkan oleh perbedaan gaya ikat diantara atom-atom, ion-ion, atau

molekul-molekul tersebut.


19/26

Berdasarkan struktur partikel penyusunnya, bahan padat dibagi menjadi dua jenis yaitu bahan

padat kristal dan bahan padat amorf. Bahan padat kristal adalah bahan padat yang struktur

partikel penyusunnya memiliki keteraturan panjang dan berulang secara periodik. Bahan

padat amorf adalah bahan padat yang struktur partikel penyusunnya memiliki keteraturan

yang pendek. Khusus untuk bahan semikonduktor ada dua jenis, yakni yang berstruktur

kristal. dan berstruktur amorf.

Bahan semikonduktor silikon adalah bahan semikonduktor yang paling melimpah tersedia di

bumi, yang terbuat dari bahan dasar silika. Dan saat ini telah dikembangkan dengan pesat

industri semikonduktor silikon, dan telah menjadi pioner pengembangan teknologi tinggi.

Ikatan Valensi

Pada struktur kristal semikonduktor silikon dan germanium, pada umumnya terjadi ikatan

kovalen, sehingga kadang disebut kristal kovalen. Kristal kovalen adalah kristal yang

terbentuk berdasarkan ikatan kovalen, dimana terjadi pemakaian bersama elektron-elektron

dan atom-atom penyusunnya

6.2 Struktur Pita

Sebuah semikonduktor adalah sebuah solid di mana pita energi tertinggi diduduki, pita

valensi, benar-benar penuh pada T =) K., tetapi di mana celah di atas pita ini juga kecil,

sehingga mungkin elektron bersemangat termal pada suhu kamar dari pita valensi ke pita-

berikutnya yang lebih tinggi, yang dikenal sebagai pita cinduction.

6.3 Konsentrasi Pembawa; intrinsik semikonduktor

Jumlah membawa adalah sifat penting dari semikonduktor, karena hal ini menentukan

konduktivitas listriknya. Konsentrasi ditentukan oleh sifat intrinsik pf semikonduktor itu

sendiri. Di sisi lain, substansi yang mengandung sejumlah besar kotoran yang memasok

sebagian besar operator, ini disebut sebagai semikonduktor ekstrinsik

6.4 Keadaan Ketidakmurnian

Semikonduktor murni memiliki jumlah pembawa, elektron dan hole yang sama. Akan tetapi,

pada banyak aplikasi dibutuhkan hanya satu spesifikasi seperti hanya jenis pembawanya saja

atau tak satupun dari yang lain. Dengan doping semikonduktor dengan pendekatan


20/26

ketidakmurnian merupakan salah satu cara untuk untuk emmperoleh elektron saja atau hole

saja.

6.5 Statistik Semikonduktor

Bagian Interinsik

Konsentrasi dari karier pada bagian interinsik ditentukan oleh transisi induksi termal

interband.

Bagian Eksterinsik

Seringkali kondisi interinsik tidak memuaskan. Untuk doping biasanya tidak dihitung, sekitar

1015 cm-3, jumlah dari pembawa oleh ketakmurnian cukup besar untuk merubah konsentrasi

interinsik pada suhu ruangan. Kontribusi dari ketakmurnian, pada faktanya pembawa disuplai

oleh eksitasi interband. Ketika ini maka sampel dalam bagian interinsik.

Perbedaan dua tipe dari bagian eksterinsik dapat dibedakan. Pertama terjadi ketika

konsentrasi donor menjadi besar dari konsentrasi penerima, ketika Nd >> Na. Pada kasus ini

konsentrasi dari elektron dievaluasi dengan sedikit membaca. Ketika energy ionisasi donor

cukup kecil, sema donor esensialnya terionisasi, elektron masuk ke pita konduksi.

6.6 Konduktivitas Listrik: Mobilitas Listrik

Besarnya konduktivitas dipengaruhi oleh suhu dengan pertimbangan sebuah semikonduktor

pada daerah intrinsic.

6.7 Efek Medan Listrik: Resonansi Siklotron Dan Efek Hall

Resonansi Siklotron

Resonansi siklotron dapat disebut bahwa sebuah muatan partikel dalam medan magnetik

melakukan sebuah frekuensi gerak siklotron . Semikonduktor yang terdiri darielektron dan hole diberi medan magnet maka akan terjadi gerakan siklotron dengan frekuensi.

Arah rotasi elektron adalah berlawanan arah jarum jam. Sedangkan arah rotasi hole searah

dengan putaran jarum jam, besar frekunsi hole adalah .

Effek Hall

Besar konstanta Hall tergantung pada konsentrasi pembawa dan mobilitas.

6.8 Band Structure and Real Semiconductors

Dalam melihat sifat semikonduktor sampai titik ini kita dapat mengasumsikan bentuk

sederhanadari struktur pita,yaitu, sebuah pita konduksi berbentuk standar berpusat padatitik

asal, k=0, dan pita valensi bentuk standar terbalik berpusat pada titik asal. Seperti struktur

sederhana digunakan ke arah mengelusidasi banyak fenomena yang diamati, tetapi tidak


21/26

mewakili struktur pita pada umumnya. Hanya ketika menggunakan struktur pita yang

mungkin untuk memperoleh kesepakatan kuantitatif antara experiment dan analisis teoritis.

6.9 High Electric Field And Hot Elektrons

Semikonduktor ohmik linier menunjukan perilaku yaitu, J~ pada medan listrik

yang rendah. Pada medan yang tinggi dapat dilihat pada beberapa alat, bagaimanapun deviasi

simpanganya besar dari hukum ohm teramati untuk germanium tipe-n. Simpangan menjadi

signifikan pada beberapa medan 1, Hal yang mendasari perilaku non-ohmik pada medan

tinggi, elektron menerima energi besar dari medan karena percepatan tumbukan elektron, dan

juga kehilangan energi kisi.

6.10 Pengaruh Gunn

Efek Gunn ini ditemukan oleh J.B Gunn pada tahun 1963, dengan mengukur arus elektron

panas di GaAs dan senyawa lainnya pada golongan III-V. Gunn kemudian dilakukan

percobaan beberapa terkait untuk menentukan karakter osilasi dengan maksud untuk

menemukan mekanisme fisik yang bertanggung jawab

6.11 proses penyerapan

Pada dasarnya penyerapan , sebuah eloektron menyerap sebuah foton dan melompat dari pita

valensi ke pita konduksi. Energi foton harus sama dengan energi gapPenyerapan Eksitasi

pada penyerapan dasar, kita mengasumsikan bahwa elektron tereksitasi menjadi pertikel

bebas dalam pita konduksi dan lubang bebas berada dalam pita valensi. Elektron dan lubang

menarik satu sama lainnya, bagaimanapun kemungkinan dalam keadaan terikat. Dimana dua

partikel itu mengelilingi satu sama lainnya.

Penyerapanfree-carrier

Free-cariers antara elektron dan lubang, penyerapan radiasinya tanpa tereksitasi kedalam pita

lainnya. Dalam penyerapan sebuah foton, elektron (atau lubang) bertransisi ke keadaan yang

lain dalan pita yang sama, dan proses ini disebut transisi intraband.

Penyerapan pada ketidakmurnian

Proses penyerapan ketidakmurnian sering terjadi pada semikonduktor, tipe dan derajat

penyerapan tergantung jenis ketakmurniannya dan konsentrasinya.

6.12 Fotokonduktivitas


22/26

Fotokonduktivitas adalahoptik danfenomena listrik di mana materi menjadi lebihkonduktif

elektrik karena penyerapanradiasi elektromagnetik seperticahaya tampak ,ultraviolet

cahaya,inframerah cahaya, atauradiasi gamma.

Fotokonduktivitas biasanya disebabkan oleh peningkatan konsentrasi pembawa muatan

setelah terpapar cahaya, efek ini disebut fotokonduktivitas primer.Efek fotokonduktif adalah

hasil dari beberapa proses di mana foton menyebabkan elektron untuk keluar dari pita valensi

dan disuntikkan ke dalam pita konduksi. Jumlah elektron konduksi dan meningkatkan lubang

secara bersamaan, dan efeknya disebut fotokonduktivitas intrinsic. Ketika elektron dari

sebuah pita penuh yang disuntikkan ke tingkat kenajisan kosong, semakin banyak lubang,

efek ini disebut sebagai fotokonduktivitas ekstrinsik tipe-p. Jika elektron dikeluarkan dari

tingkat ketidakmurnian dan disuntikkan ke dalam pita konduksi, efek ini dikenal sebagai

fotokonduktivitas ekstrinsik.

6.13 Luminensence

Luminescence adalah sebuah istilah umum yang menggambarkan setiap proses di mana

energi yang dipancarkan dari bahan pada panjang gelombang yang berbeda dari yang di mana

ia diserap. Ini adalah istilah umum yang mencakup fluoresensi , fosfor , dan

triboluminescence. Hal ini dapat disebabkan oleh reaksi kimia, energi listrik, gerakan sub-

atomik,. Hal ini membedakan luminescence dari lampu pijar dihasilkan oleh suhu tinggi.

Efek Optis Lainnya

Fenomena optis nonlinear pada berbagai material seperti GaAs, InP dan material lainnya

dapat dijelaskan dengan zona Briliouin dan hamburan Raman.

6.14 Pengerasan gelombang bunyi (efek akustik-elektrik)

Pengerasan akustik pertama kali diamati oleh Hutson, et al, pada tahun 1961. Seperti

medium, mereka menggunakan sekat CdS, maka pada mulanya tidak terdapat pembawa.

Mereka kemudian memperkenalkan pembawa dengan menyinari contoh maka elektron-

elektron keluar dari kondisi terikat. Mereka mengirim gelombang pada arah pararel pada

hexagonal pada sumbu x dari kristal. (gelombang yang satu diperkenalkan pada merubah

electromagnet kedalam sinyal akustik melalui penghubung piezoelektrik). Dua frekuensi

yang digunakan, 15 dan 45 MHz. ketika kristal gelap, hanya penuruna yang dapat diamati.

Bagaimanapun juga, ketika kristal disinari, pengerasan diamati tentu dalam medan kritis.

BAB 7

Superkonduktor

7.1 Superkonduktor Temperatur Rendah
http://en.wikipedia.org/wiki/Optical_phenomenonhttp://en.wikipedia.org/wiki/Electrical_phenomenonhttp://en.wikipedia.org/wiki/Electric_conductancehttp://en.wikipedia.org/wiki/Electric_conductancehttp://en.wikipedia.org/wiki/Electromagnetic_radiationhttp://en.wikipedia.org/wiki/Visible_spectrumhttp://en.wikipedia.org/wiki/Ultraviolethttp://en.wikipedia.org/wiki/Infraredhttp://en.wikipedia.org/wiki/Gamma_rayshttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&sl=en&u=http://scienceworld.wolfram.com/physics/Fluorescence.html&prev=/search%3Fq%3Dluminescence%26start%3D10%26hl%3Did%26client%3Dfirefox-a%26hs%3Dw6c%26sa%3DN%26rls%3Dorg.mozilla:en-US:official%26prmd%3Divnsb&rurl=translate.google.co.id&usg=ALkJrhgvHw8l9ZX06DoRm-FbOVJUm1wwYghttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&sl=en&u=http://scienceworld.wolfram.com/physics/Phosphorescence.html&prev=/search%3Fq%3Dluminescence%26start%3D10%26hl%3Did%26client%3Dfirefox-a%26hs%3Dw6c%26sa%3DN%26rls%3Dorg.mozilla:en-US:official%26prmd%3Divnsb&rurl=translate.google.co.id&usg=ALkJrhi6PNsHRZme-V5nnA-00twIGMWwEQhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&sl=en&u=http://scienceworld.wolfram.com/physics/Triboluminescence.html&prev=/search%3Fq%3Dluminescence%26start%3D10%26hl%3Did%26client%3Dfirefox-a%26hs%3Dw6c%26sa%3DN%26rls%3Dorg.mozilla:en-US:official%26prmd%3Divnsb&rurl=translate.google.co.id&usg=ALkJrhjAqRb6dOH8lksRrOHJFdGP87tfIghttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&sl=en&u=http://scienceworld.wolfram.com/physics/Triboluminescence.html&prev=/search%3Fq%3Dluminescence%26start%3D10%26hl%3Did%26client%3Dfirefox-a%26hs%3Dw6c%26sa%3DN%26rls%3Dorg.mozilla:en-US:official%26prmd%3Divnsb&rurl=translate.google.co.id&usg=ALkJrhjAqRb6dOH8lksRrOHJFdGP87tfIghttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&sl=en&u=http://scienceworld.wolfram.com/physics/Phosphorescence.html&prev=/search%3Fq%3Dluminescence%26start%3D10%26hl%3Did%26client%3Dfirefox-a%26hs%3Dw6c%26sa%3DN%26rls%3Dorg.mozilla:en-US:official%26prmd%3Divnsb&rurl=translate.google.co.id&usg=ALkJrhi6PNsHRZme-V5nnA-00twIGMWwEQhttp://translate.googleusercontent.com/translate_c?hl=id&sl=en&u=http://scienceworld.wolfram.com/physics/Fluorescence.html&prev=/search%3Fq%3Dluminescence%26start%3D10%26hl%3Did%26client%3Dfirefox-a%26hs%3Dw6c%26sa%3DN%26rls%3Dorg.mozilla:en-US:official%26prmd%3Divnsb&rurl=translate.google.co.id&usg=ALkJrhgvHw8l9ZX06DoRm-FbOVJUm1wwYghttp://en.wikipedia.org/wiki/Gamma_rayshttp://en.wikipedia.org/wiki/Infraredhttp://en.wikipedia.org/wiki/Ultraviolethttp://en.wikipedia.org/wiki/Visible_spectrumhttp://en.wikipedia.org/wiki/Electromagnetic_radiationhttp://en.wikipedia.org/wiki/Electric_conductancehttp://en.wikipedia.org/wiki/Electric_conductancehttp://en.wikipedia.org/wiki/Electrical_phenomenonhttp://en.wikipedia.org/wiki/Optical_phenomenon


23/26

Efek Meissner

Dalam tahun 1933 Meissner dan Ovhsenfeld menemukan bahwa superkonduktor

mengeluarkan flks magnetik selama superkonduktor itu didinginkan di bawah Tc dalam

medan magnet luar, yang berarti superkonduktor ini berperilaku seperti bahan diamagnetik

sempurna. Gejala ini dikenal sebagai efek Meissner.

Medan Kritis dan Temperatur Kritis

Dalam tahun 1913, Kamerlingh Onnes mengamati bahwa suatu superkonduktor memperoleh

kembali keadaan normalnya di bawah temperatur kritis jika superkonduktor itu ditempatkan

suatu medan magnet yang cukup kuat. Nilai medan magnet pada suatu Superkonduktivitas

hilang disebut medan ambang atau medan kritis, Hc, yang mempunyai orde beberapa ratus

oersted untuk sebagian superkonduktor murni. Medan ini berubah terhadap temperatur, jadi

kita mendapatkan bahwa keadaan superkonduktor adalah stabil hanya dalam suatu rentangan

tertentu dari medan magnet dan temperatur.

7.2 Macam, karakteristik dan kaijan Teori superkonduktor

Superkonduktor dikelompokan menjadi tipe I dan Tipe II tergantung pada perilakunya dalam

medan magnet luar. Superkonduktor yang mengikuti efek meisser secara ketat disebut

superkonduktor tipe I. sebagai contoh superkonduktor tipe I adalah timbal, yang mempunyai

prilaku magnetik. Superkonduktor ini menunjukan diamagnetisme sempurna dibawah medan

kritis H yang mempunyai orde 0,1 tesla untuk sebagian besar kasus. Superkonduktor Tipe II

tidak mengikuti efek Meissner secara ketat,dalam arti bahwa medan magnet tidak menembus

bahan ini secara tiba-tiba pada medan kritis.

Karakteristik Superkonduktor

beberapa karakteristik dari superkonduktor adalah:

1. Kisi Kristal tetap tidak berubah selama transisi dari keadaan normal ke keadaansemikonduktor. Hal ini disimpulkan dari pengamatan bahwa posisi garis-garis difraksi

sinar-x tetap tidak berubah di bawah dan di atas temperature transisi. Tidak adanya

perubahan yang berarti dari intensitas garis-garis difraksi juga menunjukkan bahwa

perubahan dalam struktur electron, jika ada, adalah sangat kecil

2. Beberapa sifat superkonduktor, berubah bilamana ukuran bahan dikurangi kira-kira dibawah 10-14cm. Sebagai contoh, permeabilitas magnetic dari bahan yang sangat kecil

tidak nol dan bertambah selama temperature mendekati Tc.


24/26

3. Temperatur kritis dan medan magnet kritis suatu superkonduktor berubah sedikitkarena pengaruh tegangan yang dibeikan. Suatu tegangan yang menambah ukuran

bahan akan menaikkan temperature transisi dan menghasilkan perubahan medan

magnet kritis yang bersesuaian.

4. Pemasukan takmurnian kimia mengubah hamper semua sifat superkonduktor,khususnya sifat-sifat magnetic.

5. Sifat=-sifat elastic dan koefisien muai termal tetap tidak terpengaruh di bawah dan diatas Tc.

6. Konduktivitas termal bahan berubah secara tak kontinyu selama transisi dari keadaannormal ke keadaan superhantaran dan sebaliknya. Perubahan ini kecil di dalam

keadaan superhantaran untuk logam murni tetapi besar untuk beberapa lakur. Namun

demikian, dalam masing-masing keadaan itu, konduktivitas termal bertambah secara

kontinu terhadap temperature sampai temperature kritis.

7. Keadaan superhantaran tidak menunjukkan efek termolisrik8. Tidak ada perubahan sifat fotolistrik yang teramati.9. Tidak ada perubahan reflektivitas yang teramati dalam daerah tampak dan daerah

infrared

10.Resistansi nol dari superkonduktor sedikit berubah dari frekuensi tinggi arus bolak-balik (diatas 10 MHz)

Kajian Teoritik Superkonduktor

1. Termodinamika Transisi SuperhantaranTransisi antara keadaan normal dan keadaan superhantaran adalah reversible secara

termodinamika, seperti halnya transisi fase cair dan fase uap suatu bahan. Oleh karena itu kita

bisa menerapkan termodinamika pada transisi itu dan mencari ungkapan perbedaan entropiantara keadaan normal dan keadaan superhantaran dalam kurva medan kritis Hcterhadap T.

2. Persamaan London

Dalam keadaan superhantaran murni medan teredam secara eksponensial selama kita berjalan

dari suatu permukaan luar. Misalkan suatu superkonduktor semi tak terhingga menempati

ruang pada sisi positif sumbu x, seperti dalam gambar (7.17) jika B(0) adalah medan pada

batas bidang, maka medan di dalam rendah. Dalam contoh ini medan magnet dianggap

sejajar dengan batas bidang tersebut. Jadi kita melihat bahwa L mengukur kedalaman


25/26

penembusan medan magnet dan besaran ini dikenal sebagai kedalaman London. Kedalaman

penembusan sesungguhnya tidak diberikan secara seksama dengan L sendiri, karena

persamaan London yang kita kenal sekarang sangat disederhanakan.

3. Panjang Koherensi

Kedalaman penembusan London L merupakan panjang fundamental yangmencirikan suatu

superkonduktor. Suatu panjang yang bebas adalah panjang koherensi . Panjang koheransi

merupakan suatu ukuran jarak yang di dalamnya konsentrasi elektron superhantaran tidak

dapat berubah secara drastis dalam medan magnet yang bervariasi dalam ruang.

4. Teori BCS

Keadaan superhantaran suatu logam bisa dipandang sebagai hasil perilaku bersama elektron-

elektron konduksi. Kerjasama atau koherensi elektron-elektron terjadi bilaman sejumlah

elektron menempati keadaan kuantum yang sama. Namun demikian, hal ini tampaknya tidak

mungkin menurut penalaran statistik dan dinamik. Secara statistik, elektron-elektron adalah

femion-femion, sehingga menempati keadaan-keadaan kuantum tunggal. Kedua, gaya tolak

menolak elektron-elektron cenderung memisahkan mereka satu sama lain. Tetapi, dalam

logam gaya-gaya tolak itu tampaknya tidak sangat kuat untuk melindungi. Menurut teori BCS

dua kesukaran ini dapat diatasi dalam keadaan tertentu.dalam kasus semacam itu, elektron-

elektron tarik menarik satu sama lain dalam jangkauan energi tertentu dan membentuk

pasangan-pasangan.

5. keadaan dasar BCS

Keadaan dasar BCS berbeda dengan keadaan dasar gas Fermi yang tidak berinteraksi. dalam

gas Fermi yang tidak berinteraksi, semua keadaan di bawah permukaan Fermi ditempati dan

semua berada diatas permukaan Fermi adalah kosong.

6. Kuantitas fluks dalam cincin superkonduktor

Dalam keadaan-keadaan yang cocok kita mengamati efek-efek yang menakjubkan berkaitan

dengan penerobosan pasangan-pasangan elektron superhantaran dari suatu superkonduktor

melewati lapisan isolator ke dalam sperkonduktor lainnya. Sambungan semacam itu disebut

hubungan lemah. Efek-efek penerobosan pasangan antara lain:

a. Efek Josephson arus searah. Arus searah mengalir melewati sambungan tanpa adanya

medan listrik atau medan magnet.


26/26

Efek Josephson arus bolak-balik. Tegangan serah yang diberikan pada sambungan

menyebabkan osilasi-osilasi arus pada sambungan itu. Efek ini telah dimanfaatkan untuk

menentukan secara seksama nilai h/e. selanjutnya pemberian tegangan dengan frekuensi radio

bersama-sama dengan tegangan searah dapat menghasilkan arus searah yang melewati

sambungan tersebut.

c. Interferensi kuantum makroskopik. Medan magnet searah yang diberikan melalui

rangkaian superhantaran yang mengandung dua sambungan menyebabkan superarus

maksimum memperlihatkan efek-efek interferensi sebagai fungsi intensitas medan magnet.

Efek ini dapat digunakan dalam magnetometer yang peka. Adapun menjelaskan secara lebih

rinci dari efek-efek penerobosan pasangan tersebut akan dijelaskan berikut ini.

Tugas+UTS+Muhammad

Documents

Transcript of Tugas+UTS+Muhammad