Material Superkonduktor

Superkonduktor merupakan material yang tidak memiliki hambatan namun memiliki arus yang mengalir beserta energinya dibawah temperatur tertentu. Suatu konduktor dapat berupa konduktor, semi konduktor maupun isolator pada temperatur ruangan, namun dapat menjadi superkonduktor pada temperatur kritis. Temperatur kritis sendiri adalah temperatur dimana terjadinya perubahan sifat konduktivitas menjadi superkonduktor.

Superkonduktor dapat menghantarkan arus walaupun tanpa adanya sumber tegangan. Karakteristik dari bahan Superkonduktor adalah medan magnet dalam superkonduktor bernilai nol dan mengalami efek meissner. Resistivitas suatu bahan bernilai nol jika dibawah suhu kritisnya.

Dalam prinsip generator, suatu konduktor yang digerakkan dalam medan magnet, arus induksinya akan mengalir ke konduktor, namun pada suerkonduktor arus yang dihasilkan tepat berlawanan dengan medan sehingga tidak dapat menembus superkonduktor yang akhirnya menyebabkan magnet melayang, namun apabila medan magnet terlalu besar, maka sifat superkonduktivitasnya akan hilang.

Pada superkonduktor arus listrik mengalir dengan cepat tanpa kehilangan energi, hal tesebut karena tidak adanya hambatan yang diakibatkan oleh pasangan elektron bernama cooper pair yang ada di superkonduktor. Aliran cooper pair bergerak sebagai entitas , untuk mengeluarkan satu cooper pair, elektron harus didorong ke energi kuantum lebih tinggi yang menyebabkan kekurangan energi untuk terlibat tabrakan dengan ion logam.

Superkonduktor berdasarkan karakteristik fisikanya terdiri dari 2, yaitu Tipe I bila fasa transisi berorde 1, dan Tipe 2 jika fasa transisi berorde 2. Berdasarkan penjelasan teori yang dapat diberikan, Superkonduktor Konvensial dapat dijelaskan dengan teori BCS (superkonduktivitas merupakan efek mikroskopis karena kondensasi pasangan elektron menjadi kondisi boston). Superkonduktor unconventional tidak berdasarkan teori BCS. Superkonduktor temperatur kritis dibawah 77 Kelvin adalah superkonduktor temperatur rendah pendinginannya dilakukan dengan hidrogen cair. Superkonduktor diatas temperatur kritis diatas 77 Kelvin adalah superkonduktor temperatur tinggi pendinginannya menggunakan nitrogen cair. Superkonduktor temperatur tinggi lebih baik dari pada temperatur rendah, karena nitrogen cair lebih murah dan mudah didapatkan dari pada hidrogen cair.

Superkonduktor sendiri pertama kali ditemukan oleh 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 Kelvin. Kemudian pada tahun 1911, Onnes mulai mempelajari sifat-sifat listrik dari logam pada suhu yang sangat dingin. Onnes memperkirakan bahwa hambatan akan menghilang pada keadaan tersebut. Percobaan yang dilakukan Onnes adalah mengalirkan arus pada kawat merkuri yang sangat murni dan kemudian mengukur hambatannya sambil menurunkan suhunya. Pada suhu 4.2 Kelvin, didapatkan bahwa hambatannya tiba-tiba menjadi hilang tetapi arus yang mengalir melalui kawat tetap ada. Dengan tidak adanya hambatan, maka arus dapat mengalir tanpa kehilangan energi. Percobaan Onnes dengan mengalirkan arus pada suatu kumparan superkonduktor dalam suatu rangkaian tertutup dan kemudian mencabut sumber arusnya lalu mengukur arusnya satu tahun kemudian ternyata arus masih tetap mengalir. Fenomena ini kemudian oleh Onnes diberi nama superkondutivitas. Atas penemuannya itu, Onnes dianugerahi Nobel Fisika pada tahun 1913.

Pada tahun 1941, niobium-nitride telah ditemukan untuk superkonduktor pada suhu 16 derajat Kelvin. Tahun 1953, vanadium-silicon menunjukkan kelebihan superkonduktif pada suhu 17.5 derajat Kelvin.

Pada tahun 1962, para ilmuwan di Westinghouse mengembangkan kawat superkonduktor secara komersil. Kawat tersebut berupa campuran logam niobium dan titanium ( Nbti). High-Energy, Particle-Accelerator Elektromagnet dibuat dari copper-clad niobium-titanium yang kemudian dikembangkan di Rutherford-Appleton Laboratorium, Inggris, dan diujicobakan di Fermilab Tevatron, AS, tahun1987 pada kecepatan pedal superkonduktor.

Tahun 1980 Peneliti Denmark Klaus Bechgaard dari Universitas Copenhagen dengan 3 anggota dari Perancis sukses mensintesa bahan superkonduktor organik, (TMTSF)2PF6, yang harus didinginkan pada suhu1.2Kelvin.

Pada tahun 1986 Alex Miller dan Georg Bednorz peniliti di Riset IBM di Rischlikon, Switzerland, berhasil membuat keramik yang terdiri dari unsur Lanthanum, Barium, Tembaga, Oksigen, yang bersifat superkonduktor pada temperatur 30 Kelvin, padahal keramik selama ini terkenal sebagai isolator pada temperatur ruang.

Januari 1987 suatu kelompok riset di Universitas Alabama-Huntsville mengganti Lanthanum dan mendapatkan temperatur kritis 92 Kelvin, material ini dikenal sebagai YBCO, yang dapat menghantarkan listrik pada temperatur lebih hangat dibanding nitrogen cair, karena selama ini untuk mendapatkan titik kritis superkonduktor harus menggunakan hidrogen cair.

Pada tahun 1991 Robert Haddon Dan Laboratorium Bel mengumumkan bahwa K3C60 telah ditemukan menjadi bahan superkonduktor pada suhu 18 Kelvin dan superkonduktor pertama yang mengandung unsur karbon.

Tahun 1993 oleh Guru besar Dr. Ulker Onbasli di Universitas Colorado dan kelompok peneliti A. Schilling, M. Cantoni, J. D. Guo,dan H. R. Ott Zurich, di Switzerland menemukan sintesis pertama mercuric-cuprates yang merupakan superkonduktor keramik dengan temperatur transisi paling tinggi.

Pada 1993 peneliti di State University of New York at Buffalo melaporkan Temperatur krisis antara 60 Kelvin dan 70 Kelvin untuk C-60 yang dicemari dengan interhalogen campuran ICL

Februari 1994 Dr. Ron Goldfarb di Institut Standard Dan Technology, Colorado menemukan superkonduktor bahan keramik yang terdiri atas thallium, merkuri, tembaga, barium, kalsium dan oksigen (HgBa 2Ca 2Cu 3 O8+5) merupakan superkonduktor dengan suhu tertinggi (Tc = 138 Kelvin).

Pada 1997 peneliti menemukan bahwa pada suatu temperatur sangat dekat absolut nol suatu campuran logam emas dan indium adalah suatu superkonduktor dan suatu magnet alami.

Tahun 2000 High-temperature superkonduktor yang pertama yang tidak berisi tembaga. Tahun 2001, Peneliti Cina di Hong Kong University menemukan 1-dimensional superkonduktansidi dalam single-walled carbon nanotubes di suhu sekitar 15 Kelvin. All-metal superconductor perovskit yang pertama ditemukan pada tahun yang sama. Dr Bertram Batlogg dan koleganya dari Bell Laboratories di Murray Hill, New Jersey, Amerika Serikat membuat superkonduktor dari plastik politiofena dengan temperatur kritis 2,35 Kelvin, dimana superkonduktor plastik ini lebih mudah dibentuk daripada superkonduktor sebelum sebelumnya. Di tahun yang sama Peneliti Jepang mengukur temperatur transisi magnesium diboride pada 39 Kelvin, selanjutnya bahan Mgb2 dibuat untuk diaplikasi di industri. Mgb2 merupakan bahan yang lebih baik daripada NbTi dan Nb3Sn dalam aplikasi medan magnet tinggi seperti MRI.

Pada februari 2006, Ahli fisika di Jepang menunjukkan non-aligned, multi-walled carbon nanotubes menjadi superkonduktif pada temperatur setinggi 12 Kelvin.

Tahun 2008 ditemukan superkonduktor dengan bahan dasar campuran besi oleh Hideo Hosono, Tokyo Institute of Technology, terdiri atas lanthanum oxygen fluorine iron arsenide (LaO 1‐ x F xFeAs) yang bersifat super konduksi pada suhu 26 Kelvin. Penggantian lanthanum pada LaO 1‐x F xFeAs dengan samrium menghasilkan superkonduktor yang bekerja pada suhu 55 Kelvin.

Kereta MagLev merupakan kereta dengan kecepatan 343 atau sekitar 550 km/jam. Kereta ini melayang diatas magnet superkonduktor yang mengakibatkan hilangnya gesekan antara roda dengan rel. Prinsip tersebut memanfaatkan efek Meissner dimana terjadi pengangkatan magnet oleh superkonduktor.

Distributed Superconducting Magnetic Energy Storage System (D-SMES) merupakan kapasito yang dapat menyimpan energi listrik sebesar 3 juta Watt. Energi tersebut dapat digunakan untuk menstabilkan listrik apabila terjadi gangguan listrik.

Kabel listrik yang menggunakan superkonduktor mampu mentransmisikan arus lebih cepat. Kabel superkondukor mengakibatkan efisiensi 7000 ari segi tempat dibandingkan kabel tembaga. Hal serupa juga terjadi pada generator, generator yang menggunakan superkonduktor memiliki efisiensi sebesar 99 dibandingkan generator dengan kawat tembaga.

SQUID (Superconducting QUantum Interference Device) merupakan Magnetoencephalography. Alat ini dapat digunakan untuk menampilkan gambar struktur dan organ dalam tubuh yang memanfaatkan medan magnet. HTSC SQUIDS juga digunakan oleh angkatan laut untuk mendeteksi ranjau dan kapal selam. Militer juga menggunakan superconductive tape sebagai alat untuk mengurangi panjang antena frekwensi sangat rendah yang digunakan pada kapal selam.

Penggunaan superkonduktor pada bidang pelestarian alam adalah dalam bidang Pengurangan emisi green-house gas (GHG). Superkonduktor juga digunakan untuk membuat suatu motor listrik dengan tenaga 5000 tenaga kuda.

Simpangan Josephson pada superkonduktor tengah diteliti untuk pembuatan petaflop komputer. Petaflop adalah ratusan juta trilyun operasi per detik. Superconducting karbon nanotubes juga tengah diteliti untuk menjadi nano-antenna yang ideal untuk high-gigahertz dan terahertz frekwensi.