Bahan Superkonduktor Tipe-tipe Superkonduktor

 Interaksi tarik menarik antara elektron dapat menyebabkan keadaan dasar terpisah dengan keadaan tereksitasi oleh energi gap.  Interaksi antara elektron, elektron dan kisi menyebabkan adanya energi 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.  Ketika superkonduktor ditempatkan di medan magnet luar yang lemah, medan magnet akan menembus superkonduktor pada jarak yang sangat kecil dan dinamakan London Penetration Depth, yang merupakan konsekuensi dari Teori BCS.

3.6. Jenis Bahan dan Tipe Superkonduktor

3.6.1. Bahan Superkonduktor

Bahan semikonduktor yang pertama ditemukan adalah raksa oleh Heike Kammerlingh Onnes pada tahun 1911. Selain merkuri, ternyata beberapa unsur-unsur lainnya juga menunjukkan sifat superkonduktor dengan harga Tc Suhu ketika suatu bahan superkonduktor mulai mempunyai sifat superkonduktif disebut suhu kritis Tc yang berbeda. Beberapa contoh bahan superkonduktor yang berhasil ditemukan dan suhu kritisnya dapat dilihat pada tabel di bawah ini : Tabel 3.1. superkonduktor suhu tinggi Tc 77K No Bahan Suhu Kritis TcK Tahun Ditemukan 1 Raksa Hg 4,2 1911 2 Timbal Pb 7,2 1913 3 Niobium nitrida 16,0 1960-an 4 Niobium-3-timah 8,1 1960-an 5 Al 0,8 Ge 0,2 Nb 3 20,7 1960-an 6 Niobium germanium 23,2 1973 7 Lanthanum barium Tembaga oksida 28 1985 8 Yttrium barium tembaga oksida 1-2-3 atau YBCO 93 1987 9 Thalium barium kalsium Tembaga oksida 125 - 10 Karbon C 15 - 11 HgBa 2 Ca 2 Cu 3 O 8 164 1995 Gambar 3.1.KedudukanSuperkonduktor pada Tabel Periodik

3.6.2. Tipe-tipe Superkonduktor

Berdasarkan interaksi dengan medan magnetnya, maka superkonduktor dapat dibagi menjadi dua tipe yaitu Superkonduktor Tipe I dan Superkonduktor Tipe II.

3.6.2.1. Superkonduktor Tipe I

Superkonduktor tipe I menurut teori BCS Bardeen, Cooper, dan Schrieffer dijelaskan dengan menggunakan pasangan elektron yang sering disebut pasangan Cooper. Pasangan elektron bergerak sepanjang terowongan penarik yang dibentuk ion-ion logam yang bermuatan positif. 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. Bahan superkonduktor tipe 1 kebanyakan adalah unsur-unsur tunggal. Gambar 3.2. Karakteristik Hambatan Superkonduktor Tipe 1 Terhadap Temperatur Superkonduktor tipe I memiliki kekhasan dimana tahanan yang diamati adalah nol. Ketika dinaikkan temperaturnya melebihi 4,153 K ternyata, tahanannya mendadak naik. temperatur dimana suatu bahan memiliki sifat superkonduktif maka disebut temperatur kritik Tc. Superkonduktor tipe I memiliki kekhasan dimana tahanan yang diamati adalah nol. Ketika dinaikkan temperaturnya melebihi 4,153 K ternyata, tahanannya mendadak naik. temperatur dimana suatu bahan memiliki sifat superkonduktif maka disebut temperatur kritik Tc. Pada tipe ini, terjadi peristiwa unik dimana medan magnet luar yang cukup kecil pada bahan superkonduktor akan menginduksikan arus super. Arus ini akan menimbulkan medan magnet induksi dalam bahan itu sendiri sehingga induksi magnetik total dalam bahan bernilai nol diamagnet sempurna. Gejala ini dikenal dengan efek Meissner dan terjadi di bawah temperatur kritik. Gejala inilah yang membuat bahan superkonduktor dapat melayang di udara gambar 2.4 atau yang membuat kereta api maglev melayang di atas rel. Namun, jika medan magnet luar terlalu besar melebihi medan magnet kritik, Hc maka bahan tersebut kehilangan sifat superkonduktivitas. Berikut diberikan unsur-unsur superkonduktor tipe 1 unsur yang berwarna biru. Gambar 3.3. Unsur-Unsur Superkonduktor

3.6.2.2 Superkonduktor Tipe II

Gambar 3.4. Bentuk Kristal Tipe 2 Cuprate Berbeda dengan superkonduktor I, superkonduktor tipe II memiliki dua buah nilai medan kritik, yaitu medan kritik bawah, Hc1 dan medan kritik atas, Hc2. Jika medan luar H yang diberikan lebih kecil dari Hc1 HHc1 maka bahan tersebut akan bersifat seperti superkonduktor tipe 1, tapi jika diantara Hc1 dan Hc2 Hc1 H Hc2 maka fluksi magnet akan menembus bahan dan berada pada keadaan campuran dimana efek Meissner terjadi secara parsial. Sedangkan, jika medan luar lebih besar dari Hc2 maka sifat superkonduktor akan hilang. Superkonduktor tipe II biasanya disusun oleh beberapa logam sehingga dikenal sebagai intermetallic superconductor. 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 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. Kelompok superkonduktor tipe II, biasanya berupa kombinasi unsur molybdenum Mo, niobium Nb, timah Sn, vanadium V, germaniumGe, indium In atau galium Ga. Sebagian merupakan senyawa, sebagian lagi merupakan larutan padatan. Tabel 3.2. Contoh Tipe II Superkonduktor Nama Superkonduktor Suhu K Keterangan Hg 0.8 Tl 0.2 Ba 2 Ca 2 Cu 3 O 8.33 HgBa 2 Ca 2 Cu 3 O 8 HgBa 2 Ca 3 Cu 4 O 10+ HgBa 2 Ca 1-x Sr x Cu 2 O 6+ HgBa 2 CuO 4 + 138 K record-holder 133-135 K 125-126 K 123-125 K 94-98 K INCLUDEPICTURE http:superconductor s.orgthermomt.gif \ MERGEFORMATIN ET INCLUDEPICTURE http:superconductor s.orgthermomt.gif \ MERGEFORMATIN ET INCLUDEPICTURE http:superconductors.orgybcodrop.gif \ MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE http:superconductors.orgybcodrop.gif \ MERGEFORMATINET Gambar 3.5. Grafik YBa 2 Cu 3 O 7

3.7. Kelompok Superkonduktor