Apa itu Superkonduktor? Simak Penjelasannya dibawah ini

Pada tahun 1911 fisikawan Belanda, Heike Kamerling Onnes menemukan dalam risetnya, bahwa resistivitas DC dari merkuri tiba-tiba menurun drastis menuju nol dalam kondisi sampel di bawah 4,2 K yang merupakan titik leleh dari helium cair. Fenomena ini kemudian dinamakannya sebagai superkonduktivitas (Cyrot dan Pavuna, 1992). Superkonduktivitas adalah sifat dari suatu material yang memiliki resistivitas listrik yang menurun secara tiba-tiba hingga hampir mendekati nol ketika material tersebut diturunkan temperaturnya hingga di bawah temperatur kritis. Material yang memiliki sifat tersebut dinamakan superkonduktor (Smith, 1996).

Pada tahun 1933 Meissner dan Ochsenfeld menemukan sifat superkonduktor yang lain yakni diamagnetik sempurna, dimana bahan superkonduktor akan menolak medan magnet. Kemudian tahun 1987 grup peneliti dari Alabama dan Houston menemukan bahan superkonduktor berbasis keramik YB₂Cu₃O_7-x dengan Tc = 92 K, lebih tinggi dari titik leleh nitrogen cair 77 K. Kemudian di awal tahun 1988, Bi- dan Ti- kuprat oksida ditemukan dengan Tc = 110 K dan 125 K. Bahan-bahan superkonduktor ini disebut sebagai superkonduktor suhu tinggi (SKST) (Cyrot dan Pavuna, 1992).

Apa itu Superkonduktor? Simak Penjelasannya dibawah ini

Suatu material dikatakan bersifat superkonduktor jika menunjukkan dua sifat khusus yaitu konduktivitas sempurna tanpa adanya hambatan pada temperatur  T ≤ Tc dan diamagnetik sempurna pada temperatur T ≤ Tc yang lebih dikenal dengan gejala efek Meissner (Tinkham, 1996).

1. Tanpa resistivitas  ρ = 0 pada seluruh T ≤  Tc

Salah satu keunikan dari bahan superkonduktor adalah pada suhu tertentu resistivitasnya nol (Pikatan, 1989). Material yang didinginkan di dalam nitrogen cair atau helium cair, resistivitas material ini akan turun seiring dengan penurunan suhu. Pada suhu tertentu, resistivitas material akan turun secara drastis menjadi nol. Suhu dimana resistivitas material turun drastis menjadi nol disebut suhu kritis, yaitu terjadinya transisi dari keadaan normal ke keadaan superkonduktor (Reitz et al., 1993). Hubungan antara suhu dengan resistivitas terlihat pada Gambar 1.

Gambar 1. Hubungan antara suhu terhadap resistivitas.

Berdasarkan Gambar 1, saat suhu T > Tc bahan dikatakan berada dalam keadaan normal, yang artinya bahan tersebut memiliki resistivitas listrik. Keadaan normal ini dapat berupa konduktor, penghantar yang jelek dan bahkan menjadi isolator. Untuk suhu T ≤ Tc bahan berada dalam keadaan superkonduktor, yang artinya bahan akan menolak medan magnet yang datang, disebabkan karena medan magnet luar yang diberikan selalu sama besar dengan magnetisasi bahan. Hal ini ditandai dengan resistivitasnya turun drastis menjadi nol (Pikatan, 1989).

2. Tanpa induksi magnetik di dalam superkonduktor

Suatu bahan disebut sebagai superkonduktor jika menunjukkan sifat diamagnetik, yaitu medan magnet didalam bahan sama dengan nol jika bahan didinginkan hingga di bawah Tc dan magnet yang diberikan tidak terlalu tinggi (Sukirman et al., 2003). Hal ini terjadi karena fluks magnetik ditolak oleh bahan superkonduktor, sehingga induksi magnetik menjadi nol di dalam superkonduktor. Suhu kritis juga dapat turun dengan hadirnya medan magnet yang cukup kuat. Kuat medan magnet yang menentukan harga Tc disebut medan magnet kritis (Hc) (Pikatan, 1989).

Pada bahan superkonduktor umumnya London Penetration Depth (l) sekitar 100 nm. Setelah itu medan magnet bernilai nol. Peristiwa ini dinamakan efek Meissner dan merupakan karakteristik dari superkonduktor. Efek Meissner adalah efek dimana superkonduktor menghasilkan medan magnet dari dalam bahan superkonduktor. Efek Meissner ini sangat kuat sehingga sebuah magnet dapat melayang karena ditolak oleh superkonduktor. Medan magnet dari luar juga tidak boleh terlalu besar. Apabila medan magnetnya terlalu besar, maka efek Meissner ini akan hilang dan material akan kehilangan sifat superkonduktivitasnya (Cyrot dan Pavuna, 1992). Efek Meissner ditunjukkan oleh Gambar 2.

                      

Gambar 2. Efek Meissner pada superkonduktor.