Superkonduktor

FENOMENA super konduktivitas sebenarnya telah dikenal sejak lebih setengah abad yang lalu. Penemuan dan penelitian dari fenomena yang menakjubkan itu sangat berkaitan erat dengan teknologi suhu rendah, yang kemudian disebut Cryogenic Technique (teknik kriogenik). Dalam perkembangannya, banyak negara di dunia kemudian melibatkan diri dalam penelitian, pengembangan, dan usaha-usaha aplikasi Superkonduktor. Tidak hanya negera-negara maju, tetapi negara-negara berkembang seperti Indonesia pun mampu melakukannya. Misal, superkonduktor YBC-123 buatan LIPI yang telah menunjukkan kemampuan superkonduktivitasnya di Puspitek belum lama

KRONOLOGI

(1877-1894) Masa awal pengembangan teknik pada suhu teramat rendah; pencairan Oksigen dan Nitrogen di laboratorium pada suhu sangat rendah.

(1900) Teknik Kriogenik lahir.

(1907) Helium dicairkan oleh H. Kamerlinghonnes di laboratorium suhu rendah, Universitas Leiden.

(1911) Kamerlinghonnes menemukan konsep superkonduktivitas ketika melakukan penelitian terhadap konduktivitas listrik Merkuri pada suhu sangat rendah (4°K). Pada suhu 4,5°K tahanan listrik Merkuri merosot drastis mendekati nol. Dalam keadaan seperti itu, arus yang dilewatkan pada gelang-gelang Merkuri mengalir terus-menerus tanpa mengalami tahanan.

(1913) H. Karnealinghonnes mencoba membuat magnet kriogenik untuk menghasilkan medan magnet yang sangat kuat, tetapi usaha itu gagal.

(1933) W. Meissner dan Rochsen menemukan bahwa permeabilitas superkonduktor menjadi nol sebanding dengan merosotnya resistivitas. Superkonduktor menjadi bahan diamagnetik, di mana medan magnet tak dapat menembusnya. Dalam keadaan itu, medan magnet luar akan ditolak oleh superkonduktor. Efek ini kemudian disebut efek Meissner, dan mungkin merupakan fenomena yang paling menakjubkan yang nampak oleh kita. Bayangkan saja, sebuah bahan magnet permanen yang diletakkan di atas bahan superkonduktor akan melayang-layang!

(1950-1956) AA. Abrikoosv, NN. Bogolyubiv, LP. Gokov, LD. Landau memulai studi tentang aspek-aspek superkonduktivitas dan mencoba merumuskannya.

(1957) J. Barden, L. Coper, dan J. Schrifer mengemukakan teori B.C.S untuk menjelaskan aspek superkonduktivitas. Sementar itu, BT. Matthias dari AS menemukan Nb3Sn sebagai bahan superkonduktor dengan temperatur kritis yang tertinggi pada saat itu.

(1961) JE. Kunzler membuat magnet kriogenik dengan kerapatan fluksi magnet 88 kg (Nb-si).

Prinsip dasar

SUPERKONDUKTOR dapat dicapai dengan mendinginkan bahan-bahan tertentu sampai temperatur yang sangat rendah. Untuk mendinginkannya digunakan teknik-teknik kriogenik.

Nama superkonduktor diberikan oleh H. Kamerlinghonnes ketika ia melakukan studi terhadap Merkuri. Ia mendinginkan Merkuri dengan tujuan menurunkan tekanannya. Pada saat suhu 4,15°K tahanan Merkuri nyaris nol (lihat Grafik 1). Kemudian ia mengamati perubahan tahanan Merkuri terhadap penurunan suhu. kesimpulannya adalah, bahwa pada suhu di bawah suhu transisi (Tc), tahanan sama dengan nol. Efek inilah yang disebut efek superkonduktivitas.

Jika arus diinduksikan ke dalam rangkaian superkonduktor, arus itu akan mengalir terus selama bertahun-tahun tanpa kehilangan daya sama sekali, selama suhunya tidak melebihi suhu transisinya. Di atas duhu transisi, bahan kembali ke keadaan normal.

Suhu transisi dari superkonduktor dapat dikurangi dengan menerapkan medan magnet (lihat Grafik 2). Jika suatu medan magnet H diterapkan, bahan akan memertahankan sifat superkonduktornya sampai mencapai medan kritis Hc, di atas itu maka sifat superkonduktornya akan hilang dan sifatnya kembali normal. Proses ini bersifaat reversibel.

Di sekitar bahan superkonduktor akan dideteksi adanya medan magnet, yang kerapatannya semakin besar di dekat bahan. Intensitas medan magnet di sekitar bahan superkonduktor yang permukaannya datar, misalnya berbentuk pelet, dapat dituliskan sbb:

Pada suhu di bawah Tc, nilai g sekitar 10-5 cm. Semakin mendekati Tc, nilai g akan mendekati tak terhingga.

Elekktron bebas

“BAGAIMANA keadaan elektron bebas dalam superkonduktor?”

Teori B.C.S yang dikemukakan oleh tiga ilmuwan AS (1957) menjelaskan bahwa elektron-elektron itu terikat saling berpasangan membentuk pasangan elektron Cooper. Elektron dari pasangan Cooper itu berputar dalam arah berlawanan. Gerakan terkoordinasi dari pasangan Cooper melalui kisi ksristal itulah yang memungkinkan adanya superkonduktivitas.

Bahan-bahan superkonduktor

SEJALAN dengan penelitian yang lebih mendalam tentang fenomena superkonduktivitas, ditemukan bahwa tidak hanya metal murni yang dapat menghasilkan superkonduktor, tetapi bahan paduan pun dapat pula menghasilkan superkonduktor yang baik. Terlebih lagi, ternyata bahan paduan memliki suhu transisi yang jauh lebih tinggi dari bahan murninya. Saat ini, telah lebih dari 30 elemen superkonduktor dan lebih dari 600 paduan superkonduktor telah diketahui (lihat Tabel 1 & 2).

Secara umum, bahan-bahan superkonduktor dapat diklasifikasikan menjadi dua jenis, yaitu:

1. Soft Superconductor

Misalnya: Merkuri murni, Timah mumi, dan Tin murni. Pada bahan ini, intensitas medan magnetnya adalah:

Hc=Ho{1-(T/Tc)²}

di mana: Ho: intensitas medan dari fluksi magnet pada temperatur mendekati 0°K

Tc & Hc: nilai-nilai kritis

T: sembarang temperatur

2. Hard Superconductor

Bahan ini merupakan bahan yang nonhomogen, baik secara fisis maupun kimia. Medan magnet yang dapat menimbulkan efek superkonduktor hanya diperoleh jika bahan ini digunakan dalam jumlah besar.

Tabel 1.

Tabel 2

Oleh: Janu Dewandaru

Sumber: Majalah AKUTAHU/MARET 1990