Sejarah Superkonduktor, Teori Dan Sifat-Sifatnya

1. Sejarah Superkonduktor

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 ^oC. Kemudian pada tahun 1911, Onnes mulai mempelajari sifat-sifat listrik dari logam pada suhu yang sangat dingin. Pada waktu itu sudah diketahui bahwa kendala suatu logam akan turun saat didinginkan dibawah suhu ruang, akan tetapi belum ada yang sanggup mengetahui berapa batas bawah kendala yang dicapai saat temperatur logam mendekati 0 K atau nol mutlak.

Beberapa ilmuwan pada waktu itu ibarat William Kelvin memperkirakan bahwa elektron yang mengalir dalam konduktor akan berhenti saat suhu mencapai nol mutlak. Dilain pihak, ilmuwan yang lain termasuk Onnes memperkirakan bahwa kendala akan menghilang pada keadaan tersebut. Untuk mengetahui yang gotong royong terjadi, Onnes kemudian mengalirkan arus pada kawat merkuri yang sangat murni dan kemudian mengukur hambatannya sambil menurunkan suhunya. Pada suhu 4,2 K, Onnes mendapat hambatannya tiba-tiba menjadi hilang. Arus mengalir melalui kawat merkuri terus-menerus.

melaluiataubersamaini tidak adanya hambatan, maka arus sanggup mengalir tanpa kehilangan energi. Percobaan Onnes dengan mengalirkan arus pada suatu kumparan superkonduktor dalam suatu rangkaian tertutup dan kemudian mencabut sumber arusnya kemudian mengukur arusnya satu tahun kemudian ternyata arus masih tetap mengalir. Fenomena ini kemudian oleh Onnes didiberi nama superkondutivitas. Atas penemuannya itu, Onnes dianugerahi Nobel Fisika pada tahun 1913.

2. Teori Superkonduktor

Superkonduktor ialah materi material yang mempunyai kendala listrik bernilai nol pada suhu yang sangat rendah. Artinya superkonduktor sanggup menghantarkan arus walaupun tanpa adanya sumber tegangan. Karakteristik dari materi Superkonduktor yaitu medan magnet dalam superkonduktor bernilai nol dan mengalami efek meissner. Resistivitas suatu materi bernilai nol kalau dibawah suhu kritisnya.

Grafik korelasi antara resistivitas terhadap Suhu

3. Sifat-sifat Superkonduktor

a) Sifat Kelistrikan Superkonduktor

Sebelum menunjukan prinsip superkonduktor, akan lebih baik kalau terlebih lampau menunjukan bagaimana kerja logam konduktor pada umumnya. Bahan logam tersusun dari kisi-kisi dan basis serta elektron bebas. Ketika medan listrik didiberikan pada bahan, elektron akan mendapat percepatan. Medan listrik akan menghamburkan elektron ke segala arah dan menumbuk atom-atom pada kisi. Hal ini mengakibatkan adanya kendala listrik pada logam konduktor.

Keadaan normal Atom Kisi pada logam

Pada materi superkonduktor terjadi juga interaksi antara elektron dengan inti atom. Namun elektron sanggup melewati inti tanpa mengalami kendala dari atom kisi. Efek ini sanggup dijelaskan oleh Teori BCS. Ketika elektron melewati kisi, inti yang bermuatan positif menarikdanunik elektron yang bermuatan negatif dan menjadikan elektron bergetar.

Keadaan Superkonduktor Atom Kisi pada logam

Jika ada dua buah elektron yang melewati kisi, elektron kedua akan mendekati elektron pertama alasannya yaitu gaya tarik dari inti atom-atom kisi lebih besar. Gaya ini melebihi gaya tolak-menolak antar elektron sehingga kedua elektron bergerak berpasangan.

Pasangan ini disebut Cooper Pairs. Efek ini sanggup dijelaskan dengan istilah Phonons. Ketika elektron pertama pada Cooper Pairs melewati inti atom kisi. Elektron yang mendekati inti atom kisi akan bergetar dan memancarkan Phonon. Sedangkan elektron lainnya menyerap Phonon. Pertukaran Phonon ini menjadikan gaya tarik menarikdanunik antar elektron. Pasangan elektron ini akan melalu kisi tanpa gangguan dengan kata lain tanpa hambatan.

b) Sifat Kemagnetan Superkonduktor

Sifat lain dari superkonduktor yaitu bersifat diamagnetisme sempurna. Jika sebuah superkonduktor ditempatkan pada medan magnet, maka tidak akan ada medan magnet dalam superkonduktor. Hal ini terjadi alasannya yaitu superkonduktor menghasilkan medan magnet dalam materi yang berlawanan arah dengan medan magnet luar yang didiberikan. Efek yang sama sanggup diamati kalau medan magnet didiberikan pada materi dalam suhu normal kemudian didinginkan hingga menjadi superkonduktor. Pada suhu kritis, medan magnet akan ditolak. Efek ini dinamakan Efek Meissner.

Diamagnetik Sempurna

c) Sifat Quantum Superkonduktor

Teori dasar Quantum untuk superkonduktor dirumuskan melalui goresan pena Bardeen, Cooper dan Schriefer pada tahun 1957. Teori dinamakan teori BCS. Fungsi gelombang BCS menyusun pasangan partikel dan .Ini yaitu bentuk lain dari pasangan partikel yang mungkin dengan Teori BCS. Teori BCS menunjukan bahwa :

1. Interaksi tarik menarikdanunik antara elektron sanggup mengakibatkan keadaan dasar terpisah dengan keadaan tereksitasi oleh energi gap.
2. Interaksi antara elektron, elektron dan kisi mengakibatkan adanya energi gap yang diamati. Mekanisme interaksi yang tidak eksklusif ini terjadi saat satu elektron diberinteraksi dengan kisi dan merusaknya. Elektron kedua memanfaatkan laba dari deformasi kisi. Kedua elektron ini beronteraksi melalui deformasi kisi.
3. London Penetration Depth ialah konsekuensi dari Teori BCS.

d) Efek Meissner

Ketika superkonduktor ditempatkan di medan magnet luar yang lemah, medan magnet akan menembus superkonduktor pada jarak yang sangat kecil dan dinamakan London Penetration Depth. Pada materi superkonduktor umumnya London Penetration Depth sekitar 100 nm. Sesudah itu medan magnet bernilai nol. Peristiwa ini dinamakan Efek Meissner dan ialah karakteristik dari superkonduktor. Efek Meissner yaitu efek dimana superkonduktor menghasilkan medan magnet.

London Penetration Depth

Efek Meissner ini sangat besar lengan berkuasa sehingga sebuah magnet sanggup melayang alasannya yaitu ditolak oleh superkonduktor. Medan magnet ini juga dihentikan terlalu besar. Apabila medan magnetnya terlalu besar, maka efek Meissner ini akan hilang dan material akan kehilangan sifat superkonduktivitasnya.

e) Suhu dan Medan Magnet Kritis

Suhu kritis yaitu suhu yang membatasi antara sifat konduktor dan superkonduktor. Jika suhu suatu materi dinaikan, maka getaran electron akan bertambah sehingga banyak Phonons yang dipancarkan. Ketika mencapai suhu kritis tertentu, maka Phonons akan memecahkan Cooper Pairs dan materi kembali ke keadaan normal. misal grafik Hambatan terhadap suhu pada materi YBa₂ Cu₃ O₇ sebagai diberikut :

Grafik Hambatan terhadap Suhu

Medan magnet kritis yaitu batas kuatnya medan magnet sehingga materi superkonduktor mempunyai medan magnet. Jika medan magnet yang didiberikan pada materi superkonduktor, maka materi superkonduktor tak akan mengalami efek meissner lagi.

Bagikan Artikel ini