Mengapa Superconductor Menjadi Super?

Artikel ini secara ringkas menjelaskan bagaimana fenomena superkonduksi sanggup muncul pada sebuah bahan. Selain itu, artikel ini juga membahas keunikan-keunikan superkonduktor dan pemanfaatan materi superkonduktor

Munculnya Superconductivity

Pada konduktor biasa energi dari arus listrik terbuang alasannya ialah electron yang membawa arus bertabrakan dengan ion logam konduktor. Sebaliknya, pada superconductor electron membentuk pasangan Cooper (Cooper pair) dalam satu keadaan kuantum pada tingkat energi terendah. Proses ini dikenal sebagai Kondensasi Bose-Einstein. Aliran Cooper pair ini bergerak sebagai satu entitas. Untuk mengeluarkan satu Cooper pair dari pedoman ini, electron harus didorong ke energy quantum state yang lebih tinggi. Sementara, goresan dengan ion logam tidak melibatkan cukup energi untuk melakukannya. Oleh alasannya ialah itu, arus listrik sanggup mengalir tanpa kehilangan energi.

Pentingnya Suhu bagi Superconductor

Kebanyakan superconductor dikala ini bergantung pada helium cair sebagai pendingin. Pendingin yang sama dipakai oleh Heike Kamerlingh Onnes ketika ia menemukan fenomena superconductivity yang hampir satu era yang lalu. Helium cair yang mendidih pada suhu 4,2 kelvin menambah biaya dan kompleksitas yang cukup besar untuk menciptakan sebuah sistem. Superconductor yang paling banyak dipakai ialah niobium alloy. Niobium alloy sanggup menjadi superconductor pada suhu 18 Kelvin (dalam keadaan tidak adanya medan magnet). Pada alat-alat yang melibatkan medan magnet yang atau kepadatan arus tinggi, superconductor memerlukan pendingin ekstra untuk mempertahankan superkonduktivitas-nya. Magnet niobium alloy yang sangat berpengaruh milik Large Hadron Collider, misalnya, beroperasi pada suhu 2,9 Kelvin. Material gres yang sanggup berfungsi dengan baik di atas titik didih helium cair akan merevolusi aplikasi superconductor.

Levitation

Selain mempunyai kendala listrik nol, bab dalam superkonduktor juga tidak sanggup ditembus medan magnet. Sifat ini disebut Diamagnetisme sempurna. Efek ini sanggup menciptakan sebuah magnet melayang di atas superkonduktor atau, sebuah superkonduktor di atas magnet. Superkonduktor juga sanggup melayang di bawah magnet. Superconductor tipe 2 memungkinkan fluks magnet untuk menembus mereka dalam tabung tipis. Gambar berikut ini mengatakan fenomena levitasi yang terjadi pada materi superconductor.

Perkembangan Bahan Superconductor
Dalam 98 tahun para ilmuwan telah menemukan banyak sekali macam materi yang sanggup menjadi superconductor. Bahan-bahan tersebut antara lain:

1. Mercury (1911): Superconductor pertama ditemukan oleh Heike Kamerlingh Onnes. Ia memakai helium cair untuk mendinginkan mercury di bawah suhu transisi superconductor yaitu 4,2 Kelvin.
2. Niobium Alloy (1941): Penggunaan superconductor dalam industri terjadi sehabis tahun 1961. Saat itu, para ilmuwan menemukan bahwa niobium tin (Nb3Sn), yang menjadi superconductor pada suhu 18,3 Kelvin, sanggup membawa arus yang tinggi dan tahan terhadap medan magnet besar.
3. Niobium germanium (1971): Bahan ini (Nb3Ge) memegang rekor temperatur transisi tertinggi antara tahun 1971 sampai tahun 1986.
4. Heavy Fermion (1979): Superconductor Heavy Fermion ibarat uranium platina (UPt3) sangat luar biasa alasannya ialah mempunyai secara efektif mempunyai electron ratusan kali massa biasa mereka. Teori konvensional tidak sanggup menjelaskan sifat superconductivity materi ini.
5. Cuprates (1986): Cuprates merupakan superconductor suhu tinggi yang pertama. Bahan-bahan keramik ini sanggup didinginkan dengan nitrogen cair, yang mendidih pada suhu 77 Kelvin.
6. Fullerenes (1991): Solid kristal terbuat dari buckyballs (C60) yang menjadi superconductor ketika didoping dengan atom logam alkali ibarat kalium, rubidium dan cesium.
7. HgBa2Ca2Cu3O8 (1995 ): Didoping dengan talium, cuprate ini mempunyai paling suhu transisi tertinggi pada tekanan atmosfer. Pada tekanan tinggi materi ini menjadi superconductor pada suhu 164 Kelvin.
8. Magnesium diboride (2001): Suhu transisi yang luar biasa tinggi dari magnesium diboride merupakan kasus luar biasa dari superconductor konvensional.
9. Iron pnictides (2006): Hideo Hosono merupakan penemu senyawa ini. Senyawa ini merupakan jenis kedua superkonduktor suhu tinggi.

Aplikasi Superconductor

Superconductor konvensional telah diaplikasikan pada banyak sekali alat, misalnya:

• akselerator partikel ibarat Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) dan Large Hadron Collider. Gambar berikut ini mengatakan penggunaan superkonduktor pada RHIC

• Sebagai gyroscopes dan detektor medan magnet dalam Gravity Probe B satellite. Gyroscopes ialah suatu alat untuk mengukur atau mempertahankan orientasi, menurut prinsip-prinsip kekekalan momentum sudut. Bentuk dari Gravity Probe B ditunjukkan pada gambar berikut.

• atau untuk Magnetic resonance imaging (MRI). Magnetic Resonance Imaging (MRI) ialah suatu teknik pencitraan medis memvisualisasikan struktur internal dan fungsi tubuh. Bentuk dari devais Magnetic Resonance Imaging ditunjukkan pada gambar berikut.

Seiring dengan penyempurnaan proses fabrikasi kawat cuprate, keterbatasan superconductor cuprates berkurang. Perusahaan-perusahaan sekarang sedang menyebarkan sistem yang besar ibarat turbin angin pembangkit listrik dan mesin penggagas kapal. Para ilmuwan berharap bahwa studi wacana pnictides akan membuka jalan bagi inovasi materi gres dengan suhu transisi yang lebih tinggi atau lebih baik dibandingkan dengan sifat mekanik cuprate.

Share this post