2. Bahan Superkonduktor 3. Tipe-tipe Superkonduktor
4. Contoh Superkonduktor. 5. Penggunaan Bahan Superkonduktor.
1.3. Tujuan
Adapun tujuan dari penyusunan paper ini dapat saya bagi menjadi dua:
1.3.1 Tujuan Umum
1. Memberikan penjelasan mengenai bahan-bahan superkonduktor 2. Penerapan bahan superkonduktor dalam berbagai bidang
1.3.2 Tujuan Khusus
1. Untuk memenuhi tugas mata kuliah Bahan Listrik yang sedang saya Jalani
1.4. Manfaat
Makalah ini kami susun dengan maksud agar kita semua dapat mendalami tentang bagaimana prinsip kerja superkonduktor, mengetahui
apa-apa saja contoh dari superkonduktor tersebut, serta memahami penggunaan superkonduktor tersebut.
BAB II TINJAUAN
2.1. Sejarah Perkembangan Superkonduktor
INCLUDEPICTURE http:superconductors.orgonnes.jpg \ MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE
http:superconductors.orgonnes.jpg \ MERGEFORMATINET
Gambar 2.1. Heike Kamerlingh Onnes
Superkonduktor pertama kali ditemukan oleh seorang fisikawan Belanda, Heike Kamerlingh Onnes, dari Universitas Leiden pada tahun
1911. Pada tanggal 10 Juli 1908, Onnes berhasil mencairkan helium dengan cara mendinginkan hingga 4 K atau -269
C. 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 di bawah suhu ruang, 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. Di lain 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 Gambar 2. Arus mengalir melalui kawat merkuri terus-
menerus.
Gambar 2.2. Hasil Pengukuran terhadap superkonduktivitas Merkuri
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 dan setelah satu tahun
kemudian ternyata arus masih tetap mengalir. Fenomena ini kemudian oleh Onnes diberi nama superkonduktivitas. Atas penemuannya itu, Onnes
dianugerahi Nobel Fisika pada tahun 1913. INCLUDEPICTURE http:superconductors.orgmeissner.jpg \
MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE http:superconductors.orgmeissner.jpg \ MERGEFORMATINET
Gambar 2.3. Walter Meissner
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. INCLUDEPICTURE http:superconductors.orgmeisfold.gif \
MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE http:superconductors.orgmeisfold.gif \ MERGEFORMATINET
Gambar 2.4. Efek Meissner
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.
INCLUDEPICTURE http:superconductors.orgbcs_pics.jpg \ MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE
http:superconductors.orgbcs_pics.jpg \ MERGEFORMATINET
Gambar 2.5. Bardeen, Cooper, dan Schrieffer
Fenomena superkonduktor ini tidak bisa dijelaskan oleh teori pita keadaan teori ini bisa menjelaskan fenomena konduktor, isolator dan
semikonduktor, akan tetapi dapat dijelaskan oleh teori BCS. BCS singkatan dari Bardeen, Cooper, dan Schrieffer tiga orang pencetus teori tersebut pada
tahun 1957 dan mendapat hadiah Nobel bidang fisika pada tahun 1972. Teori BCS menjelaskan bahwa elektron tunggal pada bahan
superkoduktor TTc tidak dapat menghantarkan listrik melainkan harus berpasangan, yang dikenal dengan pasangan Cooper Cooper pairs. Padahal
dua elektron tersebut memiliki muatan yang sama maka hal ini bertentangan dengan hukum Coulomb yang mengatakan bahwa dua buah partikel dengan
muatan yang sama akan saling tolak-menolak. Alasannya, karena pada saat sebuah elektron bertumbukan dengan
sebuah atom positif, hal itu menghasilkan muatan positif dengan konsentrasi kecil pada elektron. Akhirnya elektron tersebut tertarik oleh elektron lain
yang bermuatan negatif sehingga membentuk pasangan Cooper. Ketidakmurnian dan kecacatan kristal membantu aliran elektron pasangan
Cooper sehingga tidak memiliki hambatan tahanan listrik = nol.
INCLUDEPICTURE http:superconductors.orgbd_josep.jpg \ MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE
http:superconductors.orgbd_josep.jpg \ MERGEFORMATINET
Gambar 2.6. Brian Josephson
Teori signifikan lainnya adalah ketika Brian D Josephson pada tahun 1962 memprediksi bahwa arus listrik akan mengalir di antara dua bahan
superkonduktor walau keduanya dipisahkan oleh bahan non superkonduktor atau isolator. Prediksinya kemudian terbukti dan Ia memenangkan
penghargaan Nobel pada bidang Fisika tahun 1973. Fenomena pengkabelan ini kemudian dikenal sebagai effect Josephson dan telah diaplikasikan pada
devices elektronik seperti SQUID sebagai alat yang dapat mendeteksi medan magnet lemah.
INCLUDEPICTURE http:superconductors.orgQD_squid.jpg \ MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE
http:superconductors.orgQD_squid.jpg \ MERGEFORMATINET
Gambar 2.7. SQUID
80’an merupakan dekade penemuan dalam medan superkonduktor Pada tahun 1964 Bill Little dari Universitas Stanford memberikan pendapat
tentang kemungkinan adanya superkonduktor organic. Orang pertama yang berhasil mensintesa adalah Klaus Bechgaard dari Univeristas Copenhagen
pada tahun 1980 dan tiga anggota tim Lembaga Penelitian Danish yang berasal dari Perancis.
INCLUDEPICTURE http:superconductors.orgmullbedn.jpg \ MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE
http:superconductors.orgmullbedn.jpg \ MERGEFORMATINET
Gambar 2.8. Alex Müller and Georg Bednorz
Pada tahun 1986 terjadi sebuah terobosan baru di bidang superkonduktivitas. Alex Müller and Georg Bednorz, peneliti di
Laboratorium Riset IBM di R|schlikon, 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
Temuan tersebut memicu semangat para ilmuwan untuk menemukan bahan yang mampu memiliki sifat superkonduktor pada suhu yang lebih
tinggi. 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 TMTSF2PF6. 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. Kelompok peneliti dari Universitas Alabama dan Universitas Houston,
Texas, Amerika Serikat di bawah pimpinan Prof. Wu kemudian menemukan superkonduktor baru yang memiliki temperatur kritis di atas titik didih
nitrogen cair yakni 77 derajat Kelvin. Ini merupakan kemajuan besar karena harga nitrogen cair relatif lebih murah. Bahan superkonduktor tersebut
merupakan campuran yitrium, barium, tembaga dan oksigen Y-Ba-Cu-O dan disingkat menjadi YBCO dengan temperatur kritis 92 derajat Kelvin
Meski begitu, boom aplikasi penggunaannya dalam kehidupan sehari- hari belum kunjung tiba. Padahal, penerapannya sudah ditunggu tiga bidang
industri yakni industri tenaga listrik, industri medan magnet tinggi, superkonduktor dan industri superconducting electronics.
2.2. Perkembangan Penemuan bahan Semikonduktor