Super konduktor

0
SUPERKONDUKTOR
MengenalSuperkonduktor
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
(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 ? 269oC.
Kemudian pada tahun 1911, Onnes mulai mempelajari sifat-sifat listrik dari logam
pada suhu yang 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, Onnes kemudian 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. Dengan tidak adanya hambatan, maka arus dapat
mengalir tanpa kehilangan energi. Percobaan Onnes dengan mengalirkan arus pada suatu

1
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, gambar 2. 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.
Dengan berlalunya waktu, ditemukan juga superkonduktor-superkonduktor
lainnya. Selain merkuri, ternyata beberapa unsur-unsur lainnya juga menunjukkan sifat
superkonduktor dengan harga Tc yang berbeda. Sebagai contoh, karbon juga bersifat
superkonduktor dengan Tc 15 K. Hal yang ironis adalah logam emas, tembaga dan perak
yang merupakan logam konduktor terbaik bukanlah suatu superkonduktor.
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

2
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
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 perusahaan amerika, 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

3
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 dari 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.
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.
1. SejarahSingkatSuperkonduktor
Superkonduktor pertama kali ditemukan oleh fisikawan Belanda Kamerlingh
Onnes (1853-1926). Ia mendinginkan air raksa di helium cair yang bersuhu 4 K, dan
hasilnya, resistansi air raksa tersebut hilang dan ia mendapatkan hadiah Nobel Fisika
tahun 1913 untuk penelitiannya ini.
Kemudian pada 1933, dua orang peneliti Jerman, Walter Meissner dan Robert
Ochsenfeld menemukan bahwa bahan superkonduktor akan menolak medan magnet.
Sifat menolak magnet ini disebut dengan diamagnetisme. Ke-diamagnetik-an
superkonduktor tersebut sangat kuat dan dapat membuat magnet melayang di atas bahan
superkonduktor. Efek ini sering disebut sebagai “Meissner Effect.”
Beberapa tahun berikutnya, beberapa bahan superkonduktor ditemukan.
Contohnya adalah niobium-nitrida, yang memiliki sifat superkonduktivitas pada suhu 16
K (1941). Lalu di tahun 1962, ilmuwan di Westinghouse mengembangkan kabel
superkonduktor komersial pertama yang berbahan aloy niobium dan titanium.
Lalu, di tahun 1957, tiga orang fisikawan Amerika mengembangkan teori tentang

4
superkonduktor. Fisikawan tersebut adalah John Bardeen, Leon N. Cooper, dan J. Robert
Schrieffer. Teori tersebut menjelaskan tentang superkonduktivitas pada suhu hampir nol
mutlak untuk unsur-unsur dan aloy. Teori superkonduktor tersebut lebih dikenal dengan
nama “BCS Theory.” Singkatan BCS diambil dari huruf depan nama belakang masing-
masing fisikawan. Kemudian, teori ini membuat ketiga ilmuwan tersebut memenangkan
Nobel Fisika pada tahun 1972.
2. TeoriSuperkonduktor
2.1 Definisi
Superkonduktor adalah unsur atau aloy metal yang jika didinginkan sampai
mendekati suhu nol mutlak (0 K), menjadi hilang tahanannya. Pada prinsipnya,
superkonduktor dapat mengalirkan arus listrik tanpa kehilangan energi. Namun secara
praktek, superkonduktor ideal sangat sulit untuk dihasilkan.
2.2 Superkonduktor
Superkonduktivitas suatu bahan bukanlah hal yang baru. Sifat ini diamati untuk
yang pertama kalinya pada tahun 1911 oleh fisikawan Belanda H.K. Onnes, yaitu ketika
ia menemukan bahwa air raksa murni yang didinginkan dengan helium cair ( suhu 4,2 K )
kehilangan seluruh resistansi listriknya. Sejak itu harapan untuk menciptakan alat-alat
listrik yang ekonomis terbuka lebar-lebar. Bayangkan, dengan resistansinya yang nol itu
superkonduktor dapat menghantarkan arus listrik tanpa kehilangan daya sedikitpun,
kawat superkonduktor tidak akan menjadi panas dengan lewatnya arus listrik.
Kendala terbesar yang masih menghadang terapan superkonduktor dalam
peralatan praktis sehari-hari adalah bahwa superkonduktivitas bahan barulah muncul pada
suhu yang C! Dengan demikian niat penghematan pemakaian dayaamat rendah, jauh di
bawah 0 listrik masih harus bersaing dengan biaya pendinginan yang harus dilakukan.
Oleh sebab itulah para ahli sampai sekarang terus berlomba-lomba menemukan bahan
superkonduktor yang dapat beroperasi pada suhu tinggi, kalau bisa ya pada suhu kamar.
Dari uraian di atas superkonduktor dapat diartikan sebagai suatu material yang tidak
memiliki hambatan pada suhu tertentu yang dinamakan dengan suhu kritik.

5
Gambar 1. Grafik hubungan antara resistivitas terhadap Suhu
2.3 Sifat Kelistrikan Superkonduktor
Sebelum menjelaskan prinsip superkonduktor, akan lebih baik jika terlebih dahulu
menjelaskan bagaimana kerja logam konduktor pada umumnya. Bahan logam tersusun
dari kisi-kisi dan basis serta elektron bebas. Ketika medan listrik diberikan pada bahan,
elektron akan mendapat percepatan. Medan listrik akan menghamburkan elektron ke
segala arah dan menumbuk atom-atom pada kisi. Hal ini menyebabkan adanya hambatan
listrik pada logam konduktor. Berikut adalah Keadaan normal Atom Kisi
Pada bahan superkonduktor terjadi juga interaksi antara elektron dengan inti atom.
Namun elektron dapat melewati inti tanpa mengalami hambatan dari atom kisi. Efek ini

6
dapat dijelaskan oleh Teori BCS. Ketika elektron melewati kisi, inti yang bermuatan
positif menarik elektron yang bermuatan negatif dan mengakibatkan elektron bergetar.
Gambar 3. Keadaan Superkonduktor Atom Kisi pada logam
Jika ada dua buah elektron yang melewati kisi, elektron kedua akan mendekati
elektron pertama karena 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 dapat 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 mengakibatkan gaya tarik menarik
antar elektron. Pasangan elektron ini akan melalu kisi tanpa gangguan dengan kata lain
tanpa hambatan.
2.4 Sifat KemagnetanSuperkonduktor
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 karena superkonduktor menghasilkan
medan magnet dalam bahan yang berlawanan arah dengan medan magnet luar yang
diberikan yang sama dapat diamati jika medan magnet diberikan pada bahan dalam suhu

7
normal kemudian didinginkan sampai menjadi superkonduktor. Pada suhu kritis, medan
magnet akan ditolak. Efek ini dinamakan Efek Meissner.
2.5 Sifat Quantum Superkonduktor
Teori dasar Quantum untuk superkonduktor dirumuskan melalui tulisan Bardeen,
Cooper dan Schriefer pada tahun 1957. Teori dinamakan teori BCS. Fungsi gelombang
BCS menyusun pasangan partikel dan . Ini adalah bentuk lain dari pasangan partikel yang
mungkin dengan Teori BCS. Teori BCS menjelaskan bahwa :
a. Interaksi tarik menarik antara elektron dapat menyebabkan keadaan dasar terpisah
dengan keadaan tereksitasi oleh energi gap.
b. Interaksi antara elektron, elektron dan kisi menyebabkan adanyaenergi gap yang
diamati. Mekanisme interaksi yang tidak langsung ini terjadi ketika satu elektron
berinteraksi dengan kisi dan merusaknya. Elektron kedua memanfaatkan keuntungan dari
deformasi kisi. Kedua elektron ini beronteraksi melalui deformasi kisi.
c. London Penetration Depthmerupakan konsekuensi dari Teori BCS.
3.6 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.

8
Jadi kerentanan magnetnya (susceptibility) c = -1, bandingkan dengan konduktor biasa
yang c = -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 superkonduktor walaupun
hanya sebatas permukaan saja, ordenya hanya beberapa ratus angstrom. Sifat rembesan
ini dinyatakan oleh parameter l yang disebut kedalaman rembesan London. Medan
magnet ternyata berkurang secara eksponensial terhadap kedalaman sesuai dengannya.
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
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

9
karena bias diterobos fluks magnet, yang dikelilingi sepenuhnya oleh daerah
superkonduktor.
Efek meissner adalah fenomena yang sejauh ini, hanya berlaku di superkonduktor
dimana eksternal medan magnet itu hanya dapat menembus superkonduktor untuk jarak
yang sangat pendek, tidak seperti konduktor-konduktor yang biasa. Jarak ini, dinamakan
London Penetration Depth, mempunyai inisial lambda (λ) dan untuk kebanyakan
superkonduktor, jarak ini berukur sekitar 100 nm. Dari penjelasan diatas, kita bisa
mengambil kesimpulan bahwa semakin dalam eksternal medan magnet mencoba untuk
“menembus” superkonduktor, kekuatan medan magnet tersebut akan berkurang secara
eksponensial. Jadi, apakah bukti bahwa Meissner Effect ini benar-benar ada? Salah
satunya adalah, kita bisa menaruh magnet diatas superkonduktor dan magnet itu akan
melayang (kalau magnet itu tidak melayang, itu menunjukkan bahwa medan dari magnet
tersebut menembus superkonduktor). Tentu saja kalau magnet itu terlalu berat, gaya
gravitasi dari magnet tersebut akan lebih besar dan magnet itu tidak melayang. Jadi
kerentanan magnetnya (susceptibility) c = -1, bandingkan dengan konduktor biasa yang c
= -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 superkonduktor walaupun hanya sebatas
permukaan saja, ordenya hanya beberapa ratus angstrom. Sifat rembesan ini dinyatakan
oleh parameter l yang disebut kedalaman rembesan London. Medan magnet ternyata
berkurang secara eksponensial terhadap kedalaman sesuai dengannya. Bo adalah medan
di luar dan x adalah kedalamannya. l membesar dengan naiknya suhu, di Tc harga l 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.

10
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 Tetapi, fenomena ini tidak akan terjadi kalau medan magnet disekitar
superkonduktor itu terlalu besar dan superkonduktor ini akan menjadi konduktor biasa.
Karena ini, superkonduktor bisa dibedakan menjadi dua kategori. Katergori pertama,
medan magnet akan dapat menembus superkonduktor jika eksternal medan magnet ini
mencapai nilai tertentu yang dinamakan, critical field. Bukan hanya itu, superkonduktor
ini akan mempunyai hambatan setelah ini.
Tetapi, untuk superkonduktor dari kategori kedua, yang biasanya merupakan
material-material kompleks seperti Vanadium, Niobium ataupun Technetium, mereka
mempunyai dua critical field. Setelah kekuatan eksternal medan magnet telah mencapai
critical field yang pertama, medan magnet akan dapat menembus superkonduktor itu
meskipun superkonduktor itu tidak mempunyai hambatan sama sekali. Setelah medan
magnet ini mencapai critical field yang kedua, barulah superkonduktor ini mempunyai
hambatan. Efek Meissner ini sangat kuat 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.

11
3. Tipe Superkonduktor
Berdasarkan medan magnet kritisnya, bahan superkonduktor dibagi menjadi dua
tipe, yaitu : superkonduktor tipe I dan superkonduktor tipe II. Superkonduktor tipe I
hanya mempunyai satu harga medan magnet kritis (Hc). Jika medan magnet luar yang
dikenakan pada superkonduktor berharga lebih kecil dari Hc, maka terjadi efek Meissner
sempurna dan jika lebih besar dari Hc, maka fluks magnet luar akan menerobos masuk ke
dalam bahan superkonduktor sehingga fenomena superkonduktivitas menghilang.
Peristiwa efek Meissner sempurna dimaksudkan sebagai keadaan di mana
superkonduktor akan menolak seluruh fluks magnet luar yang mengenainya sehingga
induksi magnet di dalam superkonduktor berharga nol atau suseptibilitasnya berharga -1.
Hal ini menunjukkan bahwa superkonduktor bisa berlaku sebagai bahan diamagnetik
sempurna.

12
Superkonduktor tipe II mempunyai dua harga medan magnet kritis, yaitu Hc1 atau
medan kritis rendah dan Hc2 atau medan kritis tinggi. Superkonduktor tipe II akan
bersifat sama dengan superkonduktor tipe I ketika medan magnet luar berharga lebih
kecil dari Hc1. Jika medan magnet luar berharga antara Hc1 dan Hc2, maka sebagian
fluks magnet akan menerobos ke dalam bahan superkonduktor, sehingga superkonduktor
dikatakan berada dalam keadaan campuran (mixed state). Selanjutnya, bahan akan
kehilangan sifat superkonduktifnya ketika medan magnet luar berharga lebih besar dari
Hc2. Pada keadaan campuran, fluks magnet yang menerobos superkonduktor
terkuantisasi berbentuk seperti barisan tabung-tabung kecil. Tiap tabung yang biasa
disebut vorteks tersebut membawa fluks magnet sebesar 2,067 x 10-15 weber.
4.1 Superkonduktor Tipe 1
Superkonduktor tipe 1 terdiri dari logam dan metaloid yang menunjukkan
beberapa sifat konduktivitas di suhu ruangan. Superkonduktor tipe 1 ini membutuhkan
suhu yang sangat dingin agar menjadi superkonduktif. Saat menjadi superkonduktif, tipe
1 ini akan menghasilkan sifat diamagnetik yang kuat. Di bawah ini adalah beberapa nama
superkonduktor tipe 1.
-Timbal (Pb) (menjadi superkonduktif di suhu 7,196 K)
-Lantanum (La) (menjadi superkonduktif di suhu 4,88 K)
-Tantalum (Ta) (menjadi superkonduktif di suhu 4,47 K)
-Air raksa (Hg) (menjadi superkonduktif di suhu 4,15 K)
-Timah (Sn) (menjadi superkonduktif di suhu 3,72 K)
-Indium (In) (menjadi superkonduktif di suhu 3,41 K)
-Paladium (Pd) (menjadi superkonduktif di suhu 3,3 K)
-Krom (Cr) (menjadi superkonduktif di suhu 3 K)

13
-Aluminium (Al) (menjadi superkonduktif di suhu 1,175 K)
-Seng (Zn) (menjadi superkonduktif di suhu 0,85 K)
-Platina (Pt) (menjadi superkonduktif di suhu 0,0019 K)
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.
Gambar . Grafik Magnetisasi terhadap Medan magnet
4.2 Superkonduktor Tipe 2
Superkonduktor tipe 2 berbeda dengan tipe 1 saat transisi dari keadaan normal ke
superkonduktif. Superkonduktor tipe 2 terdiri dari senyawa logam dan aloy. Kerennya,

14
beberapa bahan tipe 2 membutuhkan suhu yang relatif lebih hangat untuk menjadi
superkonduktif dibandingkan dengan tipe 1. Berikut adalah beberapa contoh
superkonduktor tipe 2:
-(Sn5In)Ba4Ca2Cu11Oy (menjadi superkonduktif di suhu sekitar 218 K)
-(Sn5In)Ba4Ca2Cu10Oy (menjadi superkonduktif di suhu sekitar 212 K)
-Sn5Ba4Ca2Cu10Oy (menjadi superkonduktif di suhu sekitar 200 K)
Sebenarnya masih banyak bahan-bahan yang merupakan superkonduktor tipe 2, untuk
lebih lengkapnya, kunjungi situs ini.
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 mBc Ba 0 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.

15
. Grafik. Magnetisasi terhadap Medan magnet
4. Kelompok Superkonduktor
Berdasarkan nilai suhu kritisnya, superkonduktor dibagi menjadi dua kelompok yaitu :
5.1 Superkonduktor bersuhu kritis rendah
Superkonduktor jenis ini memiliki suhu kritis lebih kecil dari 23 K.
Superkonduktor jenis ini sudah ditinggalkan karena biaya yang mahal untuk
mendinginkan bahan. Superkonduktor bersuhu kritis tinggi Superkonduktor jenis ini
memiliki suhu kritis lebih besar dari 78 K. Superkonduktor jenis ini merupakan bahan
yang sedang dikembangkan sehingga diharapkan memperoleh superkonduktor pada suhu
kamar sehingga lebih ekonomis. Contoh Superkonduktor bersuhu kritis tinggi adalah
sampel bahan YBa2Cu3O7-x. Bahan ini memiliki struktur kristal orthorhombic = 90

16
Gambar. Struktur orthorombik
Pada grafik diatas dapat kita lihat bahwasanya makin tinggi suhu yang diberikan
pada bahan superkonduktor, maka struktur Kristal superkonduktor tidak lagi berbentuk
ortorombik. Maka dengan adanya perubahan struktur kristal superkonduktor, suatu bahan
akan kehilangan sifat superkonduktornya.
5.2 Jenis SuperkonduktorSuhu-Tinggi
Superkonduktor suhu-tinggi umumnya adalah hal yang mempertunjukkan
superkonduktivitas pada suhu di atas suhu nitrogen cair, atau −196 °C (77 K), karena ini
merupakan suhu cryogenik yang mudah dicapai. Superkonduktor konvensional
membutuhkan suhu tidak lebih dari beberapa derajat di atas nol mutlak (−273.15 °C atau
−459.67 °F). Material paling terkenal adalah Tc-tinggi yang disebut cuprate, seperti
La1.85Ba0.15CuO4, YBCO (Yttrium-Barium-Copper-Oxide) dan bahan sejenis. Seluruh
superkonduktor Tc-tinggi disebut superkonduktor tipe-II. Superkonduktor tipe-II
mengijinkan medan magnet untuk menembus bagian dalamnya dalam satuan flux quanta,
menghasilkan 'lubang' (atau tabung) wilayah metalik normal dalam kumpulan
superkonduksi. Sifat ini membuat superkonduktor Tc-tinggi mampu bertahan di medan
magnet yang jauh lebih tinggi.

17
Contoh kecil superkonduktor suhu tinggi BSCCO-2223. 2 jalur di belakang
terpisah 1 mm. Salah satu masalah tak terselesaikan dalam fisika modern adalah
pertanyaan bagaimana superkonduktivitas dapat terjadi dalam material tersebut, yaitu,
mekanika apa yang menyebabkan elektron dalam kristal tersebut dapat membentuk
pasangan. Meskipun riset yang giat telah dilakukan dan banyak menghasilkan petunjuk,
namun jawabannya masih membingungkan ilmuwan. Salah satu alasannya adalah
material yang dipertanyakan sangat rumit, kristal banyak-lapisan (contohnya, BSCCO),
membuat pemodelan teoritis sulit. Namun dengan penemuan baru dan penting dalam
bidang ini, banyak peneliti optimis bahwa pemahaman lengkap terhadap proses ini dapat
terjadi dalam satu dekade mendatang.
5. Suhu Pemadaman
Suhu pemadaman merupakan batas suhu untuk merusak sifat superkonduktor.
Artinya pada suhu ini superkonduktor akan rusak Pada grafik diatas dapat kita lihat
bahwasanya makin tinggi suhu yang diberikan pada bahan superkonduktor, maka struktur
Kristal superkonduktor tidak lagi berbentuk ortorombik. Maka dengan adanya perubahan
struktur kristal superkonduktor, suatu bahan akan kehilangan suhu.

18
Pada grafik diatas dapat kita lihat bahwasanya makin tinggi suhu yang diberikan
pada bahan superkonduktor, maka struktur Kristal superkonduktor tidak lagi berbentuk
ortorombik. Maka dengan adanya perubahan struktur kristal superkonduktor, suatu bahan
akan kehilangan sifat superkonduktornya.
Grafik diatas menunjukan hubungan antara suhu kritis dengan suhu bahan
superkonduktor. Jika suhu yang diberikan pada bahan Sumbu kristal �Å� 400 800 TC
(K) 92 (K) 400 800 T (0C) 11 superkonduktor makin besar, maka suhu kritis bahan akan
mendekati nilai nol kelvin.

19
6. KegunaanSuperkonduktor
Kini, ilmuwan sedang mencari bahan yang superkonduktif pada suhu biasa. Jika
superkonduktor pada suhu biasa ditemukan, maka dampaknya terhadap kehidupan
manusia akan sangat besar. Mesin-mesin dan alat elektronik seperti komputer akan
bekerja jauh lebih cepat dan lebih hemat energi. Beberapa alat seperti scanner tubuh di
rumah sakit yang membutuhkan energi listrik yang besar juga akan lebih hemat energi.
Tau gak kereta “Maglev”? Kereta “Maglev” adalah kereta yang bekerja berdasarkan
prinsip tolak-menolak magnet. Di kereta “Maglev” terdapat dua buah magnet listrik yang
berlawanan kutub sehingga dapat membuat kereta melayang. Jika melayang, berarti gaya
gesek dengan bidang akan berkurang, lalu kereta akan melaju lebih cepat.
Nah, kereta “Maglev” ini memiliki masalah dalam kehidupan. Kereta “Maglev” memiliki
medan magnet yang sangat kuat sehingga dapat menimbulkan bio-hazard dan
mengganggu kesehatan tubuh. Namun, seiring dengan ditemukannya superkonduktor,
kereta “Maglev” yang konvensional saat ini dapat tergantikan. Ke-diamagnetik-an
superkonduktor dapat mengganti prinsip kerja kereta “Maglev,” walaupun pada dasarnya
sama. Superkonduktor akan melayang di atas magnet, sehingga superkonduktor dapat
menggantikan salahsatu magnet listrik di kereta “Maglev.” Kegunaan lain dari
superkonduktor adalah bahwa superkonduktor dapat mengurangi emisi karbondioksida di
alam.
7. Bahansuperkonduktor Sinonim
Y, Ba, CuO2, Bi, Sr, Ca, Cu oksida, Ba, Ca, barium karbonat, oksida barium, logam
barium, strontium karbonat, oksida strontium, logam strontium, oksida lantanum,
lantanum logam, oksida skandium, skandium benjolan dendritik, skandium logam, oksida
yttrium, yttrium benjolan dendritik, logam itrium, oksida tembaga, dan logam tembaga,
oksida bubuk, serbuk logam, oksida padat, bubuk sel bahan bakar, serbuk superkonduktor,
superkonduktor logam, superkonduktivitas, dielektrik, konduktansi, konduksi,
konduktivitas, konduktor , listrik konduksi, konduksi gas, isolator, konduksi ionik,
konduksi cair, konduksi metalik, mho, nonconducting, nonconductive, nonconductor,
photoconduction.

20
Bahan superkonduktor Keterangan Umum:
1) Sejak pengumuman superkonduktor suhu tinggi (orang yang dapat menggunakan
nitrogen cair (BP77K) daripada helium cair (BP4K) sebagai pendingin a), banyak
yang telah ditulis tentang menggunakan potensi mereka di wilayah yang
sebelumnya tertutup untuk superkonduktor karena pertimbangan ekonomi.
2) Superkonduktivitas adalah sebuah fenomena yang terjadi dalam beberapa material
pada sangat rendah suhu , ditandai dengan persis nol hambatan listrik dan
mengesampingkan interior medan magnet (yang efek Meissner ).
3) The listrik resistivitas dari logam konduktor berkurang secara bertahap karena
suhu diturunkan. Namun, dalam konduktor biasa seperti tembaga dan perak ,
kotoran dan cacat lainnya memaksakan batas bawah. Bahkan di dekat nol mutlak
contoh nyata dari tembaga menunjukkan perlawanan bukan nol. Pada ketahanan
suatu superkonduktor, di sisi lain, tetes tiba-tiba ke nol padahal bahan yang
didinginkan di bawah "yang kritis" suhu. Sebuah arus listrik ferromagnetism dan
garis spektrum atom , superkonduktivitas adalah kuantum mekanik konduktivitas
sempurna "dalam fisika klasik. mengalir dalam suatu loop kawat superkonduktor
dapat bertahan tanpa batas waktu, tanpa memiliki kekuasaan fenomena sumber.
Suka. dapat ini tidak hanya dipahami sebagai idealisasi"
4) Superkonduktivitas terjadi di berbagai material, termasuk unsur sederhana seperti
timah aluminium , berbagai logam paduan dan beberapa berat-doped
semikonduktor . Source: Wikipedia Superkonduktivitas tidak terjadi dalam logam
mulia seperti emas dan perak, maupun dalam logam feromagnetik.
Superkonduktor Bahan Kimia Senyawa Perwakilan Tersedia:
Y-Ba-Cu oksida, Bi-Pb-Sr-Ca-Cu oksida, Ba-Ca-Cu oksida, barium karbonat, oksida
barium, logam barium, strontium karbonat, oksida strontium, logam strontium, oksida
lantanum, logam lantanum, skandium oksida, skandium benjolan dendritik, skandium
logam, oksida itrium, dendritik benjolan yttrium, logam itrium, oksida tembaga, dan
logam tembaga, serbuk oksida semua, serbuk logam semua, serbuk sel bahan bakar
oksida padat,

21
Superkonduktor Bahan Kimia kemurnian Khas Tersedia:
ACS grade, 99,9%, dan sampai dalam beberapa kasus 99.9999%
Bahan superkonduktor Tersedia Bahan:
Ingot, target, bubuk, kawat, dan batang
Bahan Superkonduktor Khas Aplikasi:
1) magnet superkonduktor adalah beberapa elektromagnet kuat paling dikenal.
Mereka digunakan dalam kereta api maglev, dan NMR mesin MRI dan kemudi-balok
magnet yang digunakan dalam akselerator partikel. Mereka juga dapat digunakan untuk
pemisahan magnetik, dimana partikel magnetik lemah yang diambil dari latar belakang
atau non-magnetik partikel kurang, seperti dalam industri pigmen.
2) Superkonduktor juga telah digunakan untuk membuat sirkuit digital (misalnya
berdasarkan Single Flux Quantum teknologi yang cepat) dan RF dan microwave filter
untuk BTS ponsel.
3) Superkonduktor digunakan untuk membangun sambungan Josephson yang
merupakan blok bangunan dari cumi (interferensi kuantum perangkat superkonduktor),
yang sensitif magnetometer paling dikenal. Seri Josephson perangkat yang digunakan
untuk mendefinisikan SI volt. Tergantung pada mode operasi tertentu, sebuah
persimpangan Josephson dapat digunakan sebagai detektor foton atau sebagai mixer.
Perlawanan perubahan besar pada transisi dari normal ke keadaan superkonduktor
digunakan untuk membangun termometer di detektor-kalorimeter foton mikro cryogenic.
4) pasar awal lainnya adalah yang timbul di mana ukuran relatif, efisiensi dan
berat keuntungan dari perangkat berdasarkan HTS lebih besar daripada biaya tambahan
yang terlibat.
5) aplikasi masa depan Menjanjikan termasuk performa transformator tinggi,
perangkat penyimpanan listrik, transmisi tenaga listrik, motor listrik (misalnya untuk

22
penggerak kendaraan, seperti di vactrains atau kereta maglev), perangkat levitasi
magnetik, dan kini Fault Limiters. Namun superkonduktivitas bergerak sensitif terhadap
medan magnet sehingga aplikasi yang menggunakan alternating current (misalnya
transformator) akan lebih sulit untuk mengembangkan daripada yang bergantung pada
arus.
Bahan konduktor yang dijumpai sehari-hari, selalu mempunyai resistansi. Hal ini
disebabkan bahan-bahan tersebut mempunyai resistivitas. Seperti telah dibahas bahwa
resistivitas akan mencapai harga nol pada suhu kritis (TC). Terdapat dua perangkat yang
umum menggunakan super konduktor, yaitu :
a. Elektromagnet Karena konduktor tidak mempunyai kerugian yang disebabkan
resistansi, maka dimungkinkan membuat selenoide dengan super konduktor tanpa
kerugian yang menimbulkan panas. Selenoide dengan arus yang sangat kecil pada medan
magnet nol untuk kawat yang digunakan memungkinkan membangkitkan sebuah medan
magnet tipis dari lilitan. Karena dengan bahan super konduktor memungkinkan membuat
elektromagnet yang kuat dengan ukuran yang kecil. Aplikasi dari elektromagnet dengan
super konduktor antara lain : komponen Magneto Hidro Dinamik.
Beberapa bahan superkonduktor :
b. Elemen Penghubung Karena super konduktor mempunyai Hc dan Tc, maka
dalam pemakaian super konduktor sebagai elemen penghubung dapat menggunakan
pengaruh salah satu besaran di atas. Artinya suatu gawai penghubung yang menggunakan
super konduktor akan dapat berubah sifatnya dari super konduktor menjadi konduktor
biasa karena pengubahan suhu atau medan magnet di atas nilai kritisnya. Pemutus arus
yang bekerja dipengaruhi oleh magnetik dielektrik Cryotron, misalnya digunakan pada
pemutus komputer.

23
9. PerkembanganSuperkonduktor
Perkembangan peningkatan suhu kritis Tc pada superkonduktor ditunjukkan
dalam grafik dibawah ini.
Gambar 11. Grafik Suhu Kritis terhadap tahun penemuan
Dari grafik diatas dapat dilihat bahwa terjadi peningkatan dalam suhu kritis
superkonduktor. Pada awalnya suhu kritis superkonduktor itu sangat rendah yaitu kurang
dari 4,2 K untuk logam raksa, tetapi pada perkrmbangan selanjutnya suhu kritis dari
superkonduktor itu meningkat secara perlahan– lahan hingga mencapai suhu kritis
tertinggi pada suhu 138 K untuk HgBaCaCuO. Penemuan yang berkaitan dengan
superkonduktor terzjadi 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. 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
dinamakan Efek Meissner. Selanjutnya ditemukan juga superkonduktor-superkonduktor
superkonduktor dengan harga Tc yang berbeda. Sebagai contoh, karbon bersifat

24
superkonduktor dengan Tc 15 K. Hal yang ironis adalah logam emas, tembaga dan perak
yang merupakan logam konduktor terbaik bukanlah superkonduktor.
Pada tahun 1986 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. Penemuan ini membuat keduanya diberi penghargaan hadiah Nobel setahun
kemudian. Pada bulan Februari 1987, ditemukan suatu keramik yang bersifat
superkonduktor pada suhu 90 K. Penemuan ini menjadi penting karena dengan demikian
dapat digunakan 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 saat ini adalah 138 K, yaitu untuk suatu bahan yang memiliki rumus
Hg0.8Tl0. 2Ba2Ca2Cu3O8.33.

25
10 . 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 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 10-25 ohm.meter, sehingga
cukup beralasan bila resistivitasnya dikatakan sama dengan nol. Beberapa jenis logam
dan aloi tertentu seperti: Cu, Pb, Al dan Ni-Ge menunjukkan sifat superkonduktor pada
suhu yang rendah. Superkonduktor yang terdiri dari bahan logam dan aloi dikenal sebagai
superkonduktor konvensional. Helium cair yang mempunyai titik didih 4K dipakai
sebagai pendingin bahan superkonduktor. Oleh karena mahalnya harga helium cair, maka
penyelidikan bahan superkonduktor konvensional dihentikan.
Para saintis fisika tiada henti melakukan penyelidikan tentang superkonduktor,
hal ini dibuktikan dengan berhasilnya menaikkan suhu transisi superkonduktor untuk
bahan berbeda. Era helium cair sebagai pendingin superkonduktor telah berakhir dengan
digantikannya nitrogen cair. Seperti diketahui bahwa nitrogen cair sebagai pendingin
superkonduktor mempunyai titik didih 77K dan harga yang relatif lebih murah.
Penggunaan nitrogen cair sebagai pendingin superkonduktor dibuktikan dengan
ditemukan bahan superkonduktor YBa2Cu3O7-δ dengan suhu transisi, Tc = 92K oleh

26
grup riset di Univ. Alabama & Houston yang dikoordinasi oleh: Paul Chu dan K. Wu.
(1987).
Saat ini, bahan superkonduktor yang mempunyai suhu transisi tertinggi adalah
bahan Hg- Ba-Ca-Cu-O dengan Tc = 140 K (Chu, C.W. et al. 1993). Oleh karena bahan
berasaskan CuO (kuprum oksida) mempunyai suhu transisi yang lebih tinggi jika
dibandingkan dengan superkonduktor konvensional, maka para saintis yang
mengkhususkan penyelidikan di bidang superkonduktor sependapat untuk menyebut
bahan superkonduktor yang berasaskan CuO sebagai Superkonduktor Suhu Tinggi (High
Temperature Superconductor). B.
Sifat Superkonduktif Secara umum suatu bahan dikatakan Superkonduktor
apabila mempunyai sifat-sifat berikut:
- Tanpa resistivitas (hambatan nol) untuk semua suhu dibawah suhu kritis.
- Medan magnetik di dalam bahan superkonduktor sama dengan nol.
Menurut teori Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS), kehilangan resistan dalam
superkonduktor disebabkan pada temperatur yang rendah muatan pembawa yang terdiri
dari pasangan elektron yang disebut pasangan Cooper dapat bergerak tanpa mengalami
proses yang menghasilkan resistan. Pasangan Cooper terbentuk adalah hasil interaksi
elektron dengan getaran kisi kristal (fonon).
Superkonduktor pertama kali ditemukan oleh H. Kamerlingh Onnes di Universitas
Leiden Belanda pada tahun 1911. Superkonduktivitas suatu bahan akan lenyap bila
temperatur bahan lebih tinggi dari suhu kritis, bila bahan berada pada medan magnet
yang cukup kuat atau mengalirkan arus dengan kerapatan tinggi.
Kekuatan medan magnet kritis (Hc), Rapat arus kritis (Jc), dan Suhu kritis (Tc),
merupakan variabel yang paling bergantung satu sama lainnya. Apabila bahan
superkonduktor diberi medan magnet luar yang diperbesar, maka pada suatu nilai medan
magnet tertentu, sifat superkonduktor tersebut akan hilang. Nilai atau besar medan
magnet pada suatu bahan kehilangan sifat superkonduktornya disebut medan magnet
kritis (Hc).

27
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.
Dengan berlalunya waktu, ditemukan juga superkonduktor-superkonduktor
superkonduktor dengan harga Tc yang berbeda. Sebagai contoh, karbon juga bersifat
superkonduktor dengan Tc 15 K. Hal yang ironis adalah logam emas, tembaga, dan perak,
yang merupakan logam konduktor terbaik bukanlah suatu superkonduktor.
Pada tahun 1986 terjadi sebuah terobosan baru di bidang superkonduktivitas. Alex
Müller and Georg Bednorz, peneliti di Laboratorium Riset IBM di Rischlikon,

28
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 mengantarkan 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 di bidang superkonduktor kini masih saja dilakukan
oleh para peneliti di dunia. Penemuan lainnya yang juga fenomenal adalah berhasil
disintesisnya 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
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.
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 di bidang 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.
Kereta api ini melayang di atas 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 per jam.

29
11. Medan MagnetKritik
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 dibawah ini.
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 (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 :

30
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
Nb3Sn 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). Satu liter He harganya US$ 4 (Rp.7000) sedangkan satu liter N2 cuma 25 cent
(Rp.450), padahal dalam prakteknya penguapan 1 liter N2 setara dengan penguapan 25
liter He.
12. EfisiensiSangatTinggi
Penggunaan superkonduktor yang sangat luas tentu saja dibidang listrik.
Generator yang dibuat dari superkonduktor memiliki efisiensi sebesar 99 persen dan
ukurannya jauh lebih kecil dibandingkan dengan generator yang menggunakan kawat
tembaga. Suatu perusahaan Amerika, 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 7.000 persen dari segi tempat.

31
Di bidang 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 5.000 tenaga kuda.
Berdasarkan perkiraan yang kasar, perdagangan superkonduktor di dunia
diproyeksikan akan berkembang senilai 90 trilyun dollar AS pada tahun 2010 dan 200
trilyun dollar AS 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 di bidang superkonduktor akan terjadi secara luar
biasa.
13. TeoriBCS
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. 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 tukar menukar phonon
dua elektron 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.
I.Vortex Gejala superkonduktivitas merupakan gejala hilangnya hambatman pada
material pada suhu rendah. Dimana material tersebut menolak medan magnetik yang

32
dikenakan padanya sehingga tidak ada medan magnetik di dalam material
superkonduktor. Namun seberapa besar medan tersebut dapat menembus bahan
superkonduktor ditentukan oleh panjang penetrasi, yang didefinisikan sebagai: Dimana
Dari persamaan Ginzburg-Landau telah diperkenalkan panjang koheren, yang
didefinisikan sebagai: Dimana panjang koheren tersebut merupakan jari-jari vortex pada
superkonduktor tipe 2. Vortex pada material superkonduktor menampilkan kelakuan
kesetimbangan kompleks, yang meliputi fasa liquid, cristaline, dan fasa glass.
Teori BCS (dinamai menurut penciptanya, Berdeen, Cooper, dan Schrieffer)
adalah teori yang menjelaskan superkonduktor konvensional, kemampuan beberapa
logam pada suhu rendah untuk mengkonduksi listrik tanpa hambatan. Teori BCS
memandang superkonduktivitas sebagai sebuah efek mekanika kuantum makroskopik.
Dia mengusulkan bahwa elektron dengan spin berlawanan dapat menjadi berpasangan,
membentuk pasangan Cooper.
Dalam banyak superkonduktor, interaksi menarik antara elektron (dibutuhkan
untuk berpasangan) dibawa tidak langsung oleh interaksi antara elektron dan "lattice"
kristal bergetar (phonon).
14. Aplikasi Superkonduktor
Teknik pengujian ultrasonik telah membuka peluang baru kepada para penderita
tumor otak dimana dengan pengujian ultrasonik, tumor di dalam otak dapat dikesan.
Teknik ini juga mengurangkan penggunaan sinar-X di dalam beberapa metode
kedokteran yang ternyata penggunaan sinar-X amat berbahaya terhadap jaringan (tissue)
tubuh di badan manusia dan juga kepada wanita hamil. Berdasarkan kepada prinsip gema
pulsa ini juga sistem sonar dicipta. Sistem sonar adalah teknik dimana penggunaan
gelombang elektromagnet di dalam sistem radar digantikan dengan ultrasonik.
Sistem sonar digunakan dalam menentukan posisi sebuah kapal selam ketika
waktu perang. Tetapi kini digunakan pula untuk menentukan bentuk muka bumi di dasar
lautan dan juga kelompok-kelompok ikan untuk tujuan nelayan. Gelombang ultrasonik
yang dipancarkan ke dasar lautan akan terpantul apabila ia tiba di dasar.

33
Ketidakseragaman permukaan dasar lautan akan melahirkan variasi pantulan pulsa dan
melalui gema yang terhasil, parit, jurang, dan juga gunung-gunung di dasar lautan dapat
dipetakan. Waktu yang diambil oleh pulsa untuk kembali ke pada transduser
pengobservasi dari transduser pemancar akan membolehkan kedalaman lautan di sesuatu
kawasan itu dapat dianggarkan hingga ke angka yang paling tepat. Variasi gema pulsa
juga digunakan oleh bot-bot nelayan untuk mendeteksi kumpulan ikan di bawah
permukaan air. Aplikasi lainnya adalah :
• Kereta Magnet (Maglev, Magnetic Levitation Train) Di Jepang, kereta api supercepat
ini diberi nama The Yamanashi MLX01 MagLev train, dimana kereta ini dapat melayang
diatas magnet superkonduktor. Dengan melayang, maka gesekan antara roda dengan rel
dapat dihilangkan dan akibatnya kereta dapat berjalan dengan sangat cepat, 343 mph (550
km/jam).
• Generator listrik super-efisien. Bayangkan pembangkit-pembangkit listrik bisa
berefisiensi tinggi. Berapa milyar uang negara yang bisa di hemat? Sebagai perbandingan,
untuk transmisi listrik, pemerintah AS dan Jepang berencana untuk menggunakan kabel
superkonduktor dengan pendingin nitrogen untuk menggantikan kabel tembaga. Menurut
perhitungan, arus yang dapat ditransmisikan akan jauh meningkat, 250 pon kabel
superkonduktor dapat menggantikan 18.000 pon kabel tembaga.
• Supercomputer Jangankan Pentium Core 2 Duo, ratusan kali lebih cepat dari processor
PC tercepat saat ini pun bisa dibuat dengan superkonduktor. Bahkan di bidang militer,
HTS-SQUID (Superconducting Quantum Interference Devices) telah digunakan untuk
mendeteksi kapal selam dan ranjau laut.
• Kedokteran Diciptakannya alat MRI, sebuah alat pencitra Gema Magnetik.
Penggunaan superkonduktor di bidang 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. Kereta api
ini melayang di atas magnet superkonduktor. Dengan melayang, maka gesekan antara

34
roda dengan rel dapat dihilangkan dan akibatnya kereta dapat berjalan dengan sangat
cepat, 343 mph atau sekitar 550 km per jam.
15. Superkonduktor Berparitas Ganjil
Superkonduktor juga memiliki berbagai aplikasi praktis. Aplikasi-aplikasi
superkonduktor termasuk magnet superkonduktor yang telah memungkinkan
pengembangan MRI resolusi tinggi yang penting untuk dunia medis dan kawat
superkonduktor yang nantinya memungkinkan distribusi daya listrik ke rumah-rumah
bebas kehilangan daya di perjalanan. Berdasarkan teori yang sampai saat ini diterima,
bahan menjadi superkonduktor saat elektron-elektron dalam bahan membentuk pasangan
yang disebut pasangan Cooper. Pasangan-pasangan elektron yang terbentuk ini seperti
pasangan-pasangan di lantai dansa yang akan bergerak seirama musik yang mengiringi.
Gerakan seirama ini yang menghasilkan penghantaran arus listrik bebas hambatan yang
disebut keadaan superkonduktor.
Setiap pasangan Cooper dapat dianggap seolah memiliki jam internal yang
menandai waktu atau fasa pasangan tersebut. Bila sesuatu yang dapat dianalogikan
dengan jarum jam pasangan Cooper menunjukkan angka 12, fasa pasangan Cooper
bernilai 0o, bila menunjuk jam 6 fasanya 180o. Berdasarkan karakteristik fasa ini
fisikawan mengategorikan superkonduktor: bila beda fasa antara dua pasangan Cooper

35
yang bergerak berlawanan 0o superkonduktor berparitas genap, dan bila beda fasanya
180o dihasilkan superkonduktor berparitas ganjil. Superkonduktor yang ditemukan
selama ini, baik superkonduktor di unsur, paduan logam, maupun superkonduktor
senyawa-senyawa oksida tembaga merupakan superkonduktor berparitas genap.
Superkonduktor dalam SrRu2O4 yang sejak awal ditemukan oleh Yoshiteru
Maeno di Jepang pada tahun 1994, telah memberi kejutan karena merupakan
superkonduktor oksida pertama yang tidak mengandung tembaga, kini kembali memberi
kejutan. Superkonduktor SrRu2O4 ternyata juga berparitas ganjil. Sebenarnya paritas
ganjil dalam SrRu2O4 telah diramalkan oleh Maurice Rice dan Manfred Sigrist di
Switzerland, dan secara terpisah oleh G Baskaran di India. Superkonduktor berparitas
ganjil akan berperi laku berbeda dengan superkonduktor berparitas genap.
Superkonduktor berparitas ganjil selain akan memperluas spektrum kegunaan
superkonduktor, dibayangkan ke depan mungkin akan digunakan untuk aplikasi khusus,
misalnya dalam riset untuk mengembangkan computer kuantum.
16. 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.

36
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. 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 electron 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.
17. Koherensi
Koherensi adalah salah satu sifat gelombang yang dapat menunjukkan
interferensi, yaitu gelombang tersebut selalu sama baik fase maupun arah penjalarannya.
Koherensi juga merupakan parameter yang dapat mengukur kualitas suatu interferensi
(derajat koherensi). Untuk menghasilkan frinji-frinji interferensi, sangat diperlukan
syarat-syarat agar gelombang-gelombang yang berinterferensi tersebut tetap koheren
selama periode waktu tertentu. Jika salah satu gelombang berubah fasenya, frinji akan

37
berubah menurut waktu (Laud, 1988). Laser merupakan contoh sumber tunggal dari
radiasi tampak yang koheren. Pada panjang gelombang yang lebih panjang mudah untuk
menghasilkan gelombang koheren. Cahaya keluaran laser mempunyai koherensi terhadap
waktu dan ruang sangat besar dibandingkan dengan sumber-sumber cahaya pada
umumnya.
Ada dua konsep koherensi yang tidak bergantung satu sama lain, yaitu koherensi
ruang (spatial coherence) dan koherensi waktu (temporal coherence). Koherensi ruang
adalah sifat yang dimiliki dua gelombang yang berasal dari sumber yang sama, setelah
menempuh lintasan yang berbeda akan tiba di dua titik yang sama jauhnya dari sumber
dengan fase dan frekuensi yang sama. Hal ini mungkin terjadi jika dua berkas tersebut
secara sendiri-sendiri tidak koheren waktu (menurut waktu), karena setiap perubahan fase
dari salah satu berkas diikuti oleh perubahan fase yang sama oleh berkas lain. Dengan
sumber cahaya biasa, hal ini hanya mungkin jika dua berkas dihasilkan oleh satu sumber.
Koherensi waktu (temporal coherence) adalah sifat yang dimiliki dua gelombang yang
berasal dari sumber yang sama, yang setelah menempuh lintasan yang berbeda tiba di
titik yang sama dengan beda fase yang tetap. Jika beda fase berubah beberapa kali dan
secara tidak teratur selama periode pengamatan yang singkat, maka gelombang dikatakan
tidak koheren.
Koherensi waktu dari sebuah gelombang menyatakan kesempitan spectrum
frekuensinya dan tingkat keteraturan dari barisan gelombang. Cahaya koheren sempurna
ekivalen dengan sebuah barisan gelombang satu frekuensi dengan spektrum frekuensinya
dapat dinyatakan hanya dengan satu garis, sehingga koherensi waktu dapat menunjukkan
seberapa monokromatis suatu sumber cahaya. Dengan kata lain koherensi waktu
mengkarakterisasi seberapa baik suatu gelombang dapat berinterferensi pada waktu yang
berbeda (Hecht, 1992). Barisan gelombang yang spektrumnya hampir terdiri dari satu
frekuensi tapi lebarnya berhingga atau dengan sedikit fluktuasi amplitudo dan fase
biasanya disebut quasi koheren. Panjang koherensi merupakan jarak sejauh mana
gelombang dapat berinterferensi. Panjang koherensi suatu gelombang tertentu, seperti
laser atau sumber lain dapat dijelaskan dari persamaan berikut:

38
dengan c L adalah panjang koherensi, c t koherensi waktu, c adalah cepat rambat cahaya,
dan Dv adalah lebar spektrum (Ducharme, 2006). Pada interferometer Michelson,
panjang koherensi sama dengan dua kali panjang lintasan optis antara dua lengan pada
interferometer Michelson, diukur pada saat penampakan frinji sama dengan nol. Ketika
movable mirror digerakkan, maka kedua berkas laser yang melewati 1 L dan 2 L
memiliki jarak lintasan yang berbeda (lihat bagan pada gambar 2.1). Sehingga beda optic
masing-masing berkas adalah 1 2L dan 2 2L . Jadi beda lintasan optisnya adalah (Hecht,
1992):
Beberapa aplikasi membutuhkan sumber cahaya yang memiliki koherensi waktu
dan koherensi ruang yang sangat tinggi. Aplikasi ini banyak digunakan untuk
interferometri, holografi, dan beberapa tipe sensor optik. Untuk aplikasi lain dengan
tingkat koherensi yang lebih kecil, contohnya koherensi waktu yang rendah (tetapi
dikombinasikan dengan koherensi ruang yang tinggi) diperlukan untuk tomografi (optical
coherence tomography), dimana tampilannya dihasilkan oleh interferometri dan resolusi
tinggi yang
memerlukan koherensi waktu rendah. Derajat koherensi juga sesuai untuk tampilan laser
proyeksi, aplikasi gambar dan pointer (Paschotta, 2006).
18. Sintesis Superkonduktor
a. Sampel YBa2Cu3O7
Bahan-bahan yang diperlukan untuk membuat sampel YBa2Cu3O7 adalah Y2O3,
BaCO3, CuO. Langkah-langkah sintesis Sampel YBa2Cu3O7 diantaranya :
1. Persiapan bahan dengan komposisi awal dengan menggunakan perbandingan molar off
stokiometri.
2. Pencampuran dan penggerusan pertama di dalam mortar agate. Kalsinasi pada suhu
9400 C selama 24 jam.
3. Pendinginan pada suhu kamar.

39
4. Sintering pada suhu 9400 C.
5. Pendinginan dalam tungku.
b. Sampel BPSCCO-2223
Bahan-bahan yang diperlukan untuk melakukan sintesis bahan Sampel BPSCCO-2223
adalah Bi2O3, PbO, SrCO3, CuO, CaCO3. Langkah-langkah sintesis Superkonduktor
Sampel BPSCCO-2223 terdiri dari :
1. Persiapan bahan dengan komposisi awal dengan menggunakan perbandingan molar off-
stokiometri.
2. Pencampuran dan penggerusan pertama di dalam mortar agate. Kalsinasi pada suhu 8100 C
selama 20 jam.
3. Penggerusan kedua.
4. Sintering pada suhu 8300 C.
5. Pendinginan dalam tungku.
Selama proses pembentukan sampel tersebut, sampel akan diujikan dengan yang
diarahkan untuk mengendalikan pewaktuan dari proses sintering dengan suhu pilihan adalah
8300 C. Setelah proses sintering selesai dalam waktu yang berkesesuaian (30 jam, 60 jam, 90
jam), maka akan diadakan beberapa pengujian karakteristik sampel, yaitu: 12
1. Uji Efek Meissner
2. Uji X-ray Diffraction
3. Pengukuran Suhu Kritis (Tc)
4. Pengukuran Fraksi Volume (FV)
18.1 Pengukuran Pola Difraksi Sinar-X
Untuk mengkaji hubungan antara berbagai suhu sintering 810
o
C, 820
o
C, dan
830
o
C pada suhu kalsinasi 790
o
C dengan pembentukan fase BPSCCO-2212 dilakukan
pengukuran pola difraksi sinar-X. Masing-masing pola difraksi sinar-X dari sampel-
sampel tersebut ditunjukkan pada Gambar 1. Berdasarkan hasil pengukuran pola difraksi
sinar-X (XRD) (Gambar 1) dan analisis Celref, secara umum sampel yang dihasilkan
sudah membentuk fase BPSCCO-2212 yang ditandai dengan kehadiran puncak-puncak
fase 2212 dan sudah terorientasi yang ditunjukkan oleh pucak-puncak dengan h = k = 0
dan l bilangan genap.

40
Gambar . Hasil pengukuran pola difraksi sinar-X pada sampel yang dihasilkan dengan berbagai
suhu sintering 810
o
C, 820
o
C,830
o
C pada suhu kalsinasi 790
o
C.
Analisis Pertumbuhan Fase BPSCCO-2212
Gambar . Parameter pertumbuhan fase BPSCCO-2212 pada sampel yang dihasilkan dari
berbagai suhu sintering 810
o
C, 820
o
C, dan 830
o
C dengan suhu kalsinasi 790
o
C.
(FV = Fraksi Volume, I = Impuritas, dan P = Derajat Orientasi)

41
Analisis pola difraksi sinar-X menunjukkan ada keterkaitan antara perubahan suhu
sintering dengan nilai parameter pertumbuhan fase Bi-2212 (Gambar 2). Perubahan suhu
sintering pada suhu kalsinasi 790
o
C tidak memberikan pengaruh yang linier terhadap
pertumbuhan fase Bi-2212, khususnya pada Fraksi Volume dan Derajat Orientasi.
Kenaikan suhu sintering tidak selalu diikuti dengan kenaikan nilai Fraksi Volume dan
Derajat Orientasi. Sampel dengan suhu sintering 820
o
C mempunyai nilai Fraksi Volume
dan Derajat Orientasi tertinggi, masing-masing 82,9% dan 29,91%. Sedangkan sampel
pada suhu sintering 810
o
C dan 830
o
C mempunyai nilai Fraksi Volume dan Derajat
Orientasi yang lebih rendah. Pada suhu sintering 810
o
C mempunyai Fraksi Volume 45,13%
dan Derajat Orientasi 19,60%. Pada suhu sintering 830
o
C mempunyai Fraksi Volume
64,13% dan Derajat Orientasi 8,27%.
Fraksi volume terendah yang dihasilkan sampel pada suhu sintering 810
o
C, hal
ini diduga disebabkan kurang optimumnya suhu sintering, faktor penggerusan dan
pembentukan pelet yang relatif kurang baik. Penggerusan akan meningkatkan
homogenitas bahan (ukuran partikel dan pencampuran bahan), sehingga efektivitas reaksi
untuk membentuk benih-benih senyawa (prekusor) dapat ditingkatkan. Pembentukan
pelet akan lebih mengoptimalkan reaksi padatan (solid reaction) (Diantoro, 1997). Secara
umum pada semua sampel BPSCCO-2212 tidak ada impuritas fase 2223, hal ini
disebabkan selama proses sintering tidak terjadi peralihan fase atau transformasi fase.
Transformasi dapat langsung dari kristal 2212 yang terbentuk terlebih dahulu menjadi
struktur kristal 2223 melalui insertion lapisan pelengkap Ca dan Cu-O atau fase 2212
yang sudah terbentuk, dalam kondisi sintering yang tepat, fase 2212 akan terdekomposisi
menjadi fase 2201 dan 2223 (Grivel dan kawan-kawan, 1996). Dengan demikian, suhu
sintering yang digunakan 810
o
C, 820
o
C, dan 830
o
C merupakan daerah pertumbuhan
fase Bi-2212.

42
18.2 Analisis SEM (Scanning Electron Microscopy)
Gambar . Hasil perekaman foto SEM pada sampel yang mempunyai Fraksi Volume
dan Derajat Orientasi tertinggi (suhu sintering 820
o
C).
Pengukuran SEM (Gambar 3) hanya dilakukan pada sampel dengan nilai Fraksi
Volume dan Derajat Orientasi tertinggi. Berdasarkan hasil perekaman foto SEM pada
sampel dengan suhu sintering 820
o
C, secara umum telah menunjukkan adanya lapisan
yang tersusun searah (terorientasi). Susunan lempengan lebih baik seperti lapisan yang
bertumpuk dan membentuk sususan kristal yang terarah (terorientasi). Ruangan kosong
antar lempengan (void) relatif lebih sedikit.
19. Sifat Thermal Material
19.1 Perhitungan Einstein
Einstein memecahkan masalah panas spesifik dengan menerapkan teori kuantum.
Ia menganggap padatan terdiri dari N atom, yang masing-masing bervibrasi (osilator)
secara bebas pada arah tiga dimensi, dengan frekuensi fE. Mengikuti hipotesa Planck
tentang terkuantisasinya energi, energi tiap osilator adalah
dengan n adalah bilangan kuantum, n = 0, 1, 2,....Jika jumlah osilator tiap status energi
adalah En dan E0 adalah jumlah asilator pada status 0, maka sesuai dengan fungsi
Boltzmann

43
Energi rata-rata osilator adalah
Dengan N atom yang masing-masing merupakan osilator bebas yang berosilasi tiga
dimensi, kita dapatka total energi internal
Panas spesifik adalah
Frekuensi fE , yang kemudian disebut frekuensi Einstein, ditentukan dengan cara
mencocokkan kurva dengan data-data eksperimental. Hasil yang diperoleh adalah bahwa
pada temperatur rendah kurva Einstein menuju nol jauh lebih cepat dari data eksperimen.
19.2 Perhitungan Debye
Penyimpangan ini, menurut Debye, disebabkan oleh asumsi yang diambil Einstein
bahwa atom-atom bervibrasi secara bebas dengan frekuensi sama, fE. Analisis yang perlu
dilakukan adalah menentukan spektrum frekuensi g(f) dimana g(f)df didefinisikan sebagai
jumlah frekuensi yang diizinkan yang terletak antara f dan (f + df) (yang berarti jumlah
osilator yang memiliki frekuensi antara f dan f + df ). Debye melakukan penyederhanaan
perhitungan dengan menganggap padatan sebagai medium merata yang bervibrasi dan
mengambil hipotesa spectrum gelombang berdiri sepanjang kristal sebagai pendekatan
pada vibrasi atom.
dengan cs kecepatan rambat suara dalam padatan. Debye juga memberi postulat frekuensi
osilasi maksimum, fD, karena jumlah keseluruhan frekuensi yang diizinkan tidak akan

44
melebihi 3N (N adalah jumlah atom yang bervibrasi tiga dimensi). Panjang gelombang
minimum adalah λD = cs / fD
tidak lebih kecil dari jarak antar atom dalam kristal. Dengan mengintegrasi g(f)df kali
energi rata-rata yang diberikan oleh (11.8) ia memperoleh energi internal untuk satu mole
volume Kristal
Jika didefinisikan hfD / kT ≡ θD /T , dimana θD adalah apa yang disebut temperature
Debye, maka panas spesifik menurut Debye adalah
Atau
dengan D( D /T) θ adalah fungsi Debye yang didefinisikan sebagai
Walaupun fungsi Debye tidak dapat diintegrasi secara analitis, namun dapat dicari nilai-
nilai limitnya
Dengan nilai-nilai limit ini, pada temperatur tinggi cv mendekati nilai yang diperoleh
Einstein.
sedangkan pada temperatur rendah

45
19.3 Phonon
Dalam analisisnya, Debye memandang padatan sebagai kumpulan phonon karena
perambatan suara dalam padatan merupakan gejala gelombang elastis. Spektrum
frekuensi Debye yang dinyatakan pada persamaan sering disebut spektrum phonon.
Phonon adalah kuantum energi elastik analog dengan photon yang merupakan kuantum
energi elektromagnetik.
19.4 Kontribusi Elektron
Hanya elektron di sekitar energi Fermi yang terpengaruh oleh kenaikan temperatur dan
elektron-elektron inilah yang bisa berkontribusi pada panas spesifik. Pada temperatur
tinggi, elektron menerima energi thermal sekitar kBT dan berpindah pada tingkat energi
yang lebih tinggi jika tingkat energi yang lebih tinggi kosong. Energi elektron pada
tingkat Fermi, EF, rata-rata mengalami kenaikan energi menjadi (EF kBT) + yang
kemungkinan besar akan berhenti pada posisi tingkat energi yang lebih rendah dari itu.
Gambar: Distribusi pengisian tingkat energi pada T > 0oK
EF pada kebanyakan metal adalah sekitar 5 eV; sedangkan pada temperatur kamar
kBT adalah sekitar 0,025 eV. Jadi pada temperatur kamar kurang dari 1% elektron
valensi yang dapat berkontribusi pada panas spesifik. Jika diasumsikan ada sejumlah
N(kBT/EF) elektron yang masing-masing berkontribusi menyerap energi sebesar
kBT/2, maka kontribusi elektron dalam panas spesifiik adalah

46
dengan N adalah jumlah elektron per mole. Jadi kontribusi elektron sangat kecil dan naik
secara linier dengan naiknya temperatur.
Panas Spesifik Total. Panas spesifik total adalah
Dengan menggunakan persamaan (11.18) dan (11.20) untuk temperatur rendah,
dapat dituliskan
Jika cv/T di plot terhadap T2 akan diperoleh kurva garis lurus yang akan memberikan
nilai γ′ dan A.
Gb.11.2. Kurva cv/T terhadap T2.
Panas Spesifik Pada Tekanan Konstan, cp. Hubungan antara cp dan cv diberikan dalam
thermodinamika
V adalah volume molar, αv dan β berturut-turut adalah koefisien muai volume dan
kompresibilitas yang ditentukan secara eksperimental.

47
cp untuk beberapa beberapa material termuat dalam Tabel-11.1.
19.5 Pemuaian
Koefisien muai volume, αv, adalah tiga kali koefisien muai panjang, αL. Pengukuran
muai αL dilakukan pada tekanan konstan dengan relasi
Berikut ini diuraikan analisis koefisien muai panjang dengan menggunakan model
Debye, yang melibatkan kapasitas panas molar cv, kompresibilitas β, dan volume
molar V.
dengan γ adalah konstanta Gruneisen. γ, αL , dan cp untuk beberapa material
tercantum dalam Tabel/
Tabel 1. cp, αL, γ, untuk beberapa material

48
19.6 Konduktivitas Thermal
Laju perambatan panas pada padatan ditentukan oleh kondktivitas panas, σT, dan
gradien temperatur, dt/dT. Jika didefinisikan q sebagai jumlah kalori yang melewati satu
satuan luas (A) per satuan waktu ke arah x maka
Tanda minus pada (11.27) menunjukkan bahwa aliran panas berjalan dari temperature
tinggi ke temperatur rendah. Persamaan konduktivitas panas ini mirip dengan persamaan
konduktivitas listrik di bab sebelunmya. Konduktivitas thermal dalam kristal tunggal
tergantung dari arah kristalografis. Dalam rekayasa praktis, yang disebut konduktivitas
thermal merupakan nilai ratarata konduktivitas dari padatan polikristal yang tersusun
secara acak. Tabel-1 memuat konduktivitas panas beberapa macam material. Pada
temperatur kamar, metal memiliki konduktivitas thermal yang baik dan konduktivitas
listrik yang baik pula karena transfer panas pada metal berlangsung karena peran
elektron-bebas. Pada material dengan ikatan ion ataupun ikatan kovalen, di mana elektron
kurang dapat bergerak bebas, transfer panas berlangsung melalui phonon. Walaupun
phonon bergerak dengan kecepatan suara, namun phonon memberikan konduktivitas
panas yang jauh di bawah yang diharapkan. Hal ini disebabkan karena dalam
pergerakannya phonon selalu berbenturan sesamanya dan juga berbenturan dengan
ketidak-sempurnaan kristal. Sementara itu dalam polimer perpindahan panas terjadi
melalui rotasi, vibrasi, dan translasi molekul.
Tabel 2. σT untuk beberapa material pada 300oK

49
19.7 Konduktivitas Thermal Oleh Elektron
Dengan menggunakan pengertian klasik, kontribusi elektron dalam konduktivitas panas
dihitung sebagai berikut. Aplikasi hukum ekuipartisi gas ideal memberikan energi kinetik
electron
Jika kita turunkan relasi ini terhadap x yaitu arah rambatan panas, akan kita dapatkan
Jika L adalah jalan bebas rata-rata elektron, maka transmisi energi per electron adalah
Kecepatan thermal rata-rata elektron adalah μ dan ini merupakan kecepatan ke segala
arah secara acak. Jika dianggap bahwa probabilitas arah kecepatan adalah sama untuk
semua arah, maka kecepatan rata-rata untuk suatu arah tertentu (arah x misalnya) adalah
⅓μ. Kecepatan ini memberikan fluksi atau jumlah elektron per satuan luas persatuan
waktu sebesar nμ/3 dengan n adalah kerapatan elektron. Jika jumlah energi yang ter
transfer ke arah x adalah Q, maka
Energi thermal yang ditransfer melalui dua bidang paralel tegak-lurus arah x dengan jarak
δx pada perbedaan temperatur δT adalah
σT adalah konduktivitas panas yang dapat dinyatakan dengan

50
DAFTAR PUSTAKA
Darminto., Nugroho, A.A., Rusydi, A., Menovsky, A.A., dan Loeksmanto. 1999. Variasi Tekanan
Oksigen dalam Penumbuhan Kristal Tunggal Superkonduktor Bi2
Sr2
CaCu2
O8+δ
dan
Pengaruhnya. Proc ITB.
Darminto. 2002. Karakteristik Fase Gelas Vorteks dalam Kristal Tunggal Superkonduktor
(Bi,Pb)2
Sr2
CaCu2
O8+δ
. Institut Teknologi Sepuluh November. Surabaya.
Diantoro, M. 1997. Studi Kinetika Pembentukan Superkonduktor Sistem Bi 1,6
Pb0,4
Sr
2
Ca2
Cu3
O10+δ
-(2223) Melalui Prekursor Fase (Bi,Pb)-2212. Tesis (S2). KBK Fisika
Material. ITB.
Grivel, et. al., 1996. Visualization of the Formation of the (Bi,Pb)2
Sr2
Ca2
Cu3
O10+δ
phase.
Supercond. Sci. Technol. Hal555-564.
Tinkham, Michael (2004). Introduction to Superconductivity (2nd ed.). Dover
Books on Physics. ISBN 0-486-43503-2.
Tipler, Paul; Llewellyn, Ralph (2002). Modern Physics (4th ed.). W. H. Freeman.
ISBN
www.google.mengenalsuperkonduktor.
www.google.superkonduktortipe1dan2.
www.google.sifatkelistrikansuperkonduktor.
www.google.teoriBCS.

51
DAFTAR ISI
Halaman
Kata pengantar ..................................................................................................... i
Daftar isi ............................................................................................................... ii
1. Mengenal Superkonduktor ........................................................................ 1
2. Sejarah Singkat Superkonduktor................................................................ 4
3. Teori Superkonduktor.................................................................................. 5
3.1 Definisi .................................................................................................. 5
3.2 Superkonduktor ..................................................................................... 5
3.3 Sifat Kelistrikan Superkonduktor.......................................................... 6
3.4 Sifat Kemagnetan Superkonduktor........................................................ 7
3.5 Sifat Quantum Superkonduktor............................................................. 8
3.6 Efek Meissner........................................................................................ 8
4. Tipe Superkonduktor.................................................................................... 12
4.1 Superkonduktor Tipe 1......................................................................... 13
4.2 Superkonduktor Tipe 2......................................................................... 14
5. Kelompok Superkonduktor.......................................................................... 16
5.1 Superkonduktor bersuhu kritis rendah.................................................. 16
5.2 Jenis Superkonduktor Suhu-Tinggi....................................................... 17
6. Suhu Pemadaman......................................................................................... 18
7. Kegunaan Superkonduktor.......................................................................... 20
8. Bahan superkonduktor Sinonim................................................................. 20
9. Perkembangan Superkonduktor................................................................. 24
10. Suhu Kritik.................................................................................................... 26
11. Medan Magnet Kritik................................................................................... 30
12. Efisiensi Sangat Tinggi................................................................................. 31
13. Teori BCS...................................................................................................... 32
14. Aplikasi Superkonduktor............................................................................. 33
15. Superkonduktor Berparitas Ganjil............................................................. 35
16. Superkonduktor Keramik ........................................................................... 36
ii

52
17. Koherensi ...................................................................................................... 37
18. Sintesis Superkonduktor.............................................................................. 39
18.1 Pengukuran Pola Difraksi Sinar X....................................................... 40
18.2 Analisis SEM........................................................................................ 43
19. Sifat Thermal Material................................................................................ 43
19.1 Perhitungan Einstein.............................................................................. 43
19.2 Perhitungan Debye................................................................................ 44
19.3 Phonon................................................................................................... 44
19.4 Kontribusi Elektron............................................................................... 46
19.5 Pemuaian................................................................................................ 48
19.6 Konduktivitas Thermal.......................................................................... 49
19.7 Konduktivitas Thermal Oleh Elektron .................................................. 50
Daftar Pustaka .................................................................................................... 51
iii

Super konduktor

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Super konduktor

Similar to Super konduktor (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Super konduktor