Ringkasan Materi Zat Padat Lanjut

1.

Bahan Dielektrik Apa ciri khusus yang membedakan antara polarisabilitas ionik dan elektronik? ( Ragil Pri T / 05302241023 ). Jawab : Bentuk polarisabilitas elektronik terjadi pada semua jenis bahan, sedangkan bentuk polarisabilitas ionik hanya terjadi pada bahan ionik

2. a.) Bagaimana cara membuktikan resultan momen dipole permanent suatu molekul polar tidak sama dengan nol?

3.

4.

Jawab : yaitu dengan mengetahui jumlah elektron valensi setiap unsur yang dimiliki setiap unsur, apabila elektron valensi yang ada digunakan untuk bergabung, atau dengan kata lain elektron digunakan bersama, sehingga untuk memenuhi oktaf elektron digunakan dari dua elektron dari dua unsur. Keadaan demikian yang menimbulkan momen dipole (gaya tarik menarik) unsur-unsur di dalamnya tidak sama dengan nol. Contoh : molekul polar, yaitu H2O, atom O mempunyai elektron valensi = 6, sedangkan H elektron valensi = 2. b.) Bagaimana piezoelektrik itu terjadi? Sebutkan contoh piezoelektrik! ( Isnaini Nurul Hidayati / 05302241010 ). Jawab : Gejala piezoelektrik hanya terjadi pada bahan non sentrosimetri karena distorsi yang terjadi menyebabkan perpindahan muatan ionik dalam kristal yang semula berhimpit karena adanya tekanan. Piezoelektrisitas adalah kemampuan dari suatu benda (pada umumnya kristal dan keramik) untuk menghasilkan potensial listrik sebagai response terhadap tekanan mekanik yang diberikan. Efek piezoelektrik adalah suatu efek yang reversible, dimana terdapat efek piezoelektrik langsung (direct piezoelectric effect) dan efek piezoelektrik balikan (converse piezoelectric effect). Efek piezoelektrik langsung adalah produksi potensial listrik akibat adanya tekanan mekanik. Sedangkan efek piezoelektrik balikan adalah produksi tekanan akibat pemberian tegangan listrik, contohnya adalah kristal lead zirconate titanate yang akan mengalami perubahan dimensi sampai maksimal 0.1 % jika diberi tegangan listrik. Contoh penggunaan piezoelektrik adalah untuk memecah batu ginjal tanpa pembedahan. Piezoelektrik termasuk polarisasi yang mana? (ken utami / 05302241034 )J jawab : Struktur kristal bisa dibagi menjadi 32 kelompok, berdasarkan pada jumlah sumbu putar dan bidang pantulan pada kristal yang membuat struktur kristal tidak berubah. Dari 32 kelompok kristal tersebut, 21 di antaranya adalah non-centrosymmetric (tidak memiliki sebuah pusat simetri). Dari 21 kelompok tadi, 20 di antaranya menunjukkan sifat piezoelektrik yang langsung, sedang 1 kelompok tetap berada di kelompok kubus 432. Sepuluh dari 20 kelompok piezoelektrik memiliki sifat polar (berkutub)—mereka memiliki polarisasi yang spontan, memiliki sebuah dipol dalam sel satuan mereka, dan menunjukkan piroelektrisitas. Jika dipol ini bisa dibalikkan dengan menerapkan medan listrik, maka berarti bahan itu bersifat feroelektrik. Setiap bahan dielektrik mengembangkan polarisasi dielektrik saat sebuah medan listrik diterapkan, namun substansi yang memiliki pemisahan muatan secara alami biarpun tidak ada medan listrik disebut sebagai bahan polar. Polar tidaknya sebuah bahan ditentukan oleh struktur kristalnya. Hanya 10 dari 32 kelompok struktur kristal yang berkutub. Semua kristal polar merupakan piroelektrik, jadi 10 kelompok kristal polar terkadang dianggap sebagai kelompok-kelompok piroelektrik. Sebutkan karakteristik masing-masing bahan dielektrik! ( Erna Puspitasari / 05302241029 ) Jawab : a. Dielektrik Non Linear Daerah dengan

b.

besar bahan, bagaimanapun juga membutuhkan keadaan/ kondisi, seperti medan yang sangat besar/ panjang, atau temperatur rendah atau keduanya. Dielektrik Linear hubungan

c.

   P (0) = 0 adalah masih dengan memungkinkan hubungan antara P dan E tetapi sulit untuk sebagian

    P tidak akan paralel dengan E dalam dielektrik. Sedangkan hubungan D akan paralel terhadap E .

Dielektrik Isotropik Linear Diasumsikan bahwa pada suatu bahan yang diberikan memiliki kelistrikan dari dielektrik tidak tergantung arah

5.

 E.

Kemudian keadaan tersebut diketahui sebagai isotropik. Bagaimana efek piezoelektrik terjadi? Apa maksud dari pemberian tegangan mekanik? ( Reval D/ 05302241024 ) Jawab : Piezoelektrisitas adalah kemampuan dari suatu benda (pada umumnya kristal dan keramik) untuk menghasilkan potensial listrik sebagai response terhadap tekanan mekanik yang diberikan. Efek piezoelektrik adalah suatu efek yang reversible, dimana terdapat efek piezoelektrik langsung (direct piezoelectric effect) dan efek piezoelektrik balikan (converse piezoelectric effect). Efek piezoelektrik langsung adalah produksi potensial listrik akibat adanya tekanan mekanik. Sedangkan efek piezoelektrik balikan adalah produksi tekanan akibat pemberian tegangan listrik, contohnya adalah kristal lead zirconate titanate yang akan mengalami perubahan dimensi sampai maksimal 0.1 % jika diberi tegangan listrik Masing-masing sisi membentuk kutub listrik. Dan ketika suatu tekanan mekanik diterima oleh kristal piezoelektrik bentuk simetris dari tiap-tiap muatan listrik tersebut berubah menjadi tidak simetris yang akan menghasilkan tegangan listrik. Sebagai contoh, 1 cm kubik kristal quartz dengan tekanan mekanik sebesar 2000 Newton akan menghasilkan tegangan listrik sebesar 12500 Volt. Berdasarkan arah datangnya tekanan, terdapat tiga operasi yang dapat dilakukan yaitu transverse effect, longitudinal effect, dan shear effect.

6. Dari Hukum Currie- Weiss, apa yang terjadi jika t < TC ? ( M Minan Chusni/ 05302241019 ) Jawab: pada kelompok bahan ferroelektrik konstanta dielektrik berubah terhadap suhu melalui hubungan hukum Currie- Weiss ∈r =

C T − Tc bila t < TC , bahan menjadi terpolarisasi secara spontan ( fase ferroelektrik) . 7.

Pada grafik konstanta Currie, akan stabil pada suhu berapa dan akan turun pada suhu berapa? ( Arinal Muna/ 05302241039 ) Jawab : pada kelompok bahan ferroelektrik konstanta dielektrik berubah terhadap suhu melalui hubungan hukum Currie- Weiss ∈r =

C T − Tc bila t < TC , bahan menjadi terpolarisasi secara spontan ( fase ferroelektrik). bila t > TC , polarisasi hanya dapat terjadi jika . 8.

pada bahan dikenakan medan eksternal dan polarisasinya lenyap bila medan dihilangkan ( fase paraelektrik ) Apa arti dari koefisien pemadaman? ( Ragil Pri T/ 05302241023 )

Jawab : istilah yang tepat sebenarnya adalah koefisien pelemahan yang menunjukkan adanya pelemahan dari berkas cahaya yang dipengaruhi oleh frekuensi.

9. Nilai tetapan Currie itu berapa? Diperoleh dari mana? n + ik menunjukkan apa? ( Ika Sarti W/ 05302241018 ) Jawab : Tetapan Currie sesuai dengan suhu curie yaitu 180 K. Diperoleh dari percobaan. Adapun keterangan untuk n, I, dan k yaitu : n = indeks bias riil i = imajiner k = koefisien pelemahan

10. Dari Hukum Currie- Weiss, apa yang terjadi jika t > TC ? ( Warsito/ 05302241019 ) Jawab: pada kelompok bahan ferroelektrik konstanta dielektrik berubah terhadap suhu melalui hubungan hukum Currie- Weiss ∈r =

C T − Tc bila t > TC , polarisasi hanya dapat terjadi jika pada bahan dikenakan medan eksternal dan polarisasinya lenyap bila medan . dihilangkan ( fase paraelektrik ) 11. Apa hubungan dielektrik dengan frekuensi plasma? ( Ken Utami/ 05302241034 ) Jawab : dielektrik tidak ada hubungan dengan frekuensi plasma karena frekuensi plasma berhubungan dengan permitivitas efektif. frekuensi polar plasma adalah suatu parameter penting untuk penentuan pada determination of free carrier contribution ke serat optis. Kalau kita lihat, ini juga merupakan frekuensi alami osilasi dari sistem free carrier. Untuk semi konduktor intrinsik pada suhu ruangan adalah antara 10 15 carrier/m3 dan 1020 carrier/m3 bersesuaian dengan frekuensi plasma sekitar 109rad/s. pada gelombang radio sekitar 1012 rad/s. pada gelombang mikro, frekuensi plasma lebih kecil pada temperatur rendah frekuensi plasma. SIFAT KEMAGNETAN 1. Argon padat pada suhu 4 K memiliki konsentrasi electron jarak akar rerata kuadrat electron terhadap inti terdekat adalah . Tentukan: a. Suseptibilitas argon padat tersebut b. Dari nilai suseptibilitasnya, argon padat termasuk dalam bahan magnetic apa? c. Magnetisaasi (besar dan arah), jika bahan diletakkan dalam medan magnet induksi Diket: pada suhu 4 K, N= , r= Ditanya: a. X? b.

Termasuk bahan magnetic apa?

c. Jika B =

, maka berapa

?

Jawab

a. b. Karena X <0 , maka argon padat tersebut merupakan diamagnetic c. 2.

Solenoida panjang dengan 12 lilitan per centimeter memiliki inti besi yang dilunakkan. Apabila arus 0,5A, medan magnetic di dalam inti besi 1,36 T. Carilah :

a. Medan magnet yang dikerahkan H

b) Permeabilitas relatif Km

(c) Pemagnetan M

Jawab

a. Perhatikan bahwa medan magnetic total adalah 1,36 T, jadi medan magnetic yang dikerahkan sangat kecil dibanding dengan medan totalnya.

b. Perhatikan nilai ini jauh lebih kecil dari pada nilai Km maksimum yang kira-kira 5500 (pada table). Terhadap ketelitian tiga angka diman kita telah menghitung Km, suseptibilitas χm sama dengan permeabilitas χm = Km - 1 Km =1800

c. 1.

Bagaimana cara menentukan kontribusi diamagnetik total seluruh elektron sama dengan nol?

Jawab : Kita tahu bahwa bahan diamagnetik itu adalah bahan yang tidak dapat menarik magnet. Dari sinilah kita dapat menentukan kontribusi elektron, karena diamagnetik tidak dapat menarik magnet maka kontribusi total elektron sama dengan nol.

2. Apakah devinisi up dan down? Transfer elektron dari down ke up, kenapa? Bunyi hukum curie? Jawab : Devinisi Up dan Down disini adalah spin Up dan Spin Down. Spin Up

Spin Down

Spin Up dan Down memiliki jumalah elektron yang sama. Spin Up arah momennnya acak dan spin down arah momennya teratur. Untuk menyearahkan momen Upnya maka dibutuhkan energi. Dengan hilangnya energi maka berkurang juga jumlah elektronnya.sehingga jumlah elektron di spin Up berkuarang dan jumlah elektron di spin Down tetap. Maka transfer elektron dari Down ke Up •

Bunyi hukum Curie Dalam medan yang sangat kuat, pemagnetan itu menghampiri nilai jenuh Ms. ini dapat dicapai hanya pada temperature yang sangat rendah. Dalam medan yang lemah, pemagnetan kurang lebih berbanding lurus dengan B app, suatu hasil yang dikenal dengan hukum Curie. Persamaan Hukum Curie dituliskan sebagai berikut :

3. Ferromagnetik dalam solenoida akan menimbulkan efek termal. Setelah melewati temperatur kritis yang disebut temperatur Curie bahan ferromagnetik akan berubah menjadi bahan paramagnetik. Bagaimana cara mempertahankan temperature tersebut agar tetap menjadi bahan ferromagnetik? Jawab : Cara mempertahankannya adalah dengan mengerahkan medan magnetik luar karena dengan adanya medan magnetik luar ini sebagian dipol disearahkan dengan arah medannya, dengan demikian akan memperkuat medannya. 4.

Berdasarkan hukum Curie, pada temperatur berapa bahan ferromagnetik akan mencapai titik jenuhnya? Jawab :

MsM

Bapp(A/m) Gambar di atas memperlihatkan pemagnetan M terhadap medan yang dikerahkan B app. Dalam medan yang sangat kuat, pemagnetan itu menghampiri nilai jenuh Ms. ini dapat dicapai hanya pada temperature yang sangat rendah. Dalam medan yang lemah, pemagnetan kurang lebih berbanding lurus dengan Bapp, suatu hasil yang dikenal dengan hukum Curie. Persamaan Hukum Curie dituliskan sebagai berikut :

Apabila m = mB ( mB = magneton Bohr = 9,27 x 10-24 J/ T ), pada temperatur berapa pemagnetan akan sama dengan pemagnetan jenuh dalam medan magnetik yang dikerahkan sekuat 1 T ? Dari hukum Curie, kita peroleh :

5.

Berikan penjelasan tentang gambar B.3! Gambar di atas menjelaskan penggambaran skematik daerah ferromagnetik. Dalam suatu daerah, dipol magnetik disearahkan tetapi arah penyearahannya beragam dari satu daerah ke daerah ke daerah lain sehingga momen mmagnetik total menjadi nol. Medan magnetik luar

yang lemah dapat memperluas daerah yang telah disearahkan sejajar dengan medan tersebut, atau dapat memutar penyearahan dalam suatu daerah, akibatnya adalah momen magnetik total akan sejajar medannya.

6.

Pada ferimagnetisme arah spin tidak sama panjang, kenapa?dan kemana hilangnya/ Jawab :Beberapa material magnetik mempunyai sifat di antara sifat antiferomagnetik dan sifat feromagnetik. Hal ini terjadi apabila momen dalam satu arah tidak sama dengan arah momen dalam arah lain. Neel menyebutkan dalam keadaan ini sebagai ferimagnetisme

1.

2.

3.

PERMUKAAN FERMI Bagaimana gambar skema kawasan permukaan Fermi? Jawaban : Skema kawasan permukaan Fermi berbeda – beda tergantung pada karakteristik logam itu sendiri. Berikut adalah contohnya :

Apakah syarat sebuah logam itu memiliki permukaan Fermi? Jawaban : Setiap logam itu memiliki permukaan Fermi, hanya saja bentuknya berbeda – beda tergantung dengan konsentrasi electron dan electron valensi yang dimiliki oleh logam tersebut. Penjelasan mengenai skema kawasan meluas, tereduksi dan periodic. Jawaban : Berikut adalah gambar skema ketiga kawasan tersebut:

Tiga skema kawasan tersebut adalah : • Skema kawasan yang meluas dimana pita berbeda digambarkan pada kawasan yang berbeda di ruang vector gelombang. • Skema kawasan tereduksi dimana semua pita digambarkan di kawasan Brillouin pertama.

•

Skema kawasan periodic dimana setiap pita digambarkan di setiap kawasan. Pada skema kawasan periodic, hubungan antara energy dan angka gelombangnya (k) berbentuk gelombang yang periodic sesuai dengan rumus : yang menunjukkan keperiodikan dengan nilai cosines dari angka gelombangnya (k).

4. Apakah

yang

dimaksud

dengan

pernyataan

U o bukan

solusi

sebenarnya

dari

persamaan

 1  ( p + k ) 2 + Uk (r ) Uk (r ) = ε kUk (r ) ? Apa ada hubungannya dengan pseudopotensial?   2m   1  ( p + k ) 2 + Uk (r )  Uk (r ) = ε k Uk (r ) karena U o bukan akan diperoleh a. U o bukan solusi sebenarnya dari persamaan   2m  jika k = 0, Ψo = U o b.

Hal tersebut tidak ada hubungannya dengan pseudopotensial

5. Maksud dari degenerasi keadaan itu apa, dan apa pengaruh yang bisa ditimbulkan olehnya? (Isna/Bondan) a. Sesuai dengan larangan prinsip pauli, tidak ada dua electron yang dapat memiliki bilangan kuantum yang sama, sehingga setiap orbit dapat terisi oleh maksimal satu electron. Hal ini berlaku pada atom, molekul, atau zat padat dengan lebih dari satu orbital dapat memiliki energy yang sama. Jumlah orbital yang memiliki energy yang sama yang disebut dengan Degenerasi

b. Pengaruhnya pada saat Degenerasinya meningkat dengan B medan yang lebih besar, nilai λ lebih kecil. KETIDAKSEMPURNAAN KRISTAL

1. Mengapa pada Alkali Halida Ep > (Ev + Et)? Diperoleh dari mana? Jawaban: dari eksperimen. Kemudian hasil eksperimen tersebut setelah dianalisa ternyata memenuhi persamaan Ep > (Ev + Et).

2. Adakah manfaat cacat kristal dalam kehidupan sehari-hari? Jawaban: secara umum, cacat kristal akan sangat bermanfaat terhadap pembentukan paduan. Dislokasi mempengaruhi elastisitas bahan.

3. Apakah yang dimaksud dengan suhu Anneal? Tentukan berapa besarnya? Jawaban: Suhu anneal adalah suhu tetap yang ditahan setelah dipanaskan dan sebelum didinginkan. Pendinginannya dengan cara menurunkan suhu secara perlahan-lahan sampai tercapai suhu kamar. Besar suhu anneal berbeda-beda tergantung pada jenis kristalnya. TAn Dipanaskan tiba-tiba

Didinginkan perlahan

4. Pewarnaan kristal maksudnya bagaimana? Jawaban: Warna kristal dipengaruhi oleh suhu pemanasan. Jadi warna tiap kristal berbeda-beda sesuai dengan suhu pemanasannya.

5. Dari sifat dislokasi yang pertama, manfaat kristal itu apa? Jawab: Dislokasi memungkinkan kristal untuk berubah bentuk (deformasi), sehingga regangan, tegangan geser yang dapat menentukan elastisitas bahan.

6. Mengapa gaya interaksi dislokasi sisi harus ditambah faktor 1-v? Kalau tidak, apakah perbedaannya? Jawab: Gaya interaksi pada kristal bergantung pada tegangan dan regangannya. Sementara tegangan antara dislokasi dan dislokasi ulir dibedakan dengan factor 1-v. Karena gaya sebanding dengan tegangan maka analog dengan persamaan tegangan pada gaya pun perlu ditambah faktor 1-v.

7. Metode pertumbuhan kristal (dengan peleburan ) apakah yang paling baik untuk digunakan? Jawab: Metode yang paling baik digunakan adalah metode czrochalski karena pada metode bridgeman dalam pertumbuhannya dapat memecahkah wadah atau cetakan kristal.

8. Gejala tertata dan tidak tertata muncul karena apa? Jawab: Hal ini disebabkan karena adanya daya tarik antar atom yang sejenis dan yang berbeda jenis. Gejala tertata terjadi karena adanya daya tarik antar atom sejenis lebih besar dari daya antar atom yang berbeda jenis. Gejala tidak tertata daya ataraik ataom yang berbeda jenis lebih besar daya tarik antar atom sejenis.

9. Pertumbuhan kristal itu seperti apa? Manfaatnya apa? Jawab : Pertumbuhan kristal dapat melalui beberapa cara yaitu pemurnian, pertumbuhan kristal dari peleburan, dan pertumbuhan kristal dari uap. Pertumbuhan melalui pemurnian menggunakan batang logam, pertumbuhan kristal dari peleburan menggunakan benih yang ditumbuhkan melalui dua metode yaitu metode Stockbarger dan Bridgeman dan metode Czrochalski sedangkan pertumbuhan kristal dari uap yang dikenal sebagai pertumbuhan epitaxial, digunakan ketika titik lebur tinggi atau pada tekanan uap yang tinggi menghalangi pertumbuhan oleh peleburan ( misal pada CdS). Manfaat pada pembentukan paduan. PLASMON DAN POLARITON

1. Dari grafik, jelaskan apa yang dimaksud gelombang tersebut menyebar ? Jawab : Yang dimaksud dengan kata menyebar tersebut adalah merambat, menembus, melewati. Artinya : gelombang cahaya (tentunya gelombang elektromagnetik) yang mengenai lapisan dielektrik akan merambat dan menembus lapisan tersebut.

2. Fungsi dielektrik gas elektron, besarnya tergantung pada frekuensi dan gelombang vektor. Bagaimana pengaruh gelombang vektor k terhadap fungsi dielektrik ? Jawab : Untuk diketahui kembali bahwasannya definisi fungsi dielektrik, konstanta dielektrik dari elektrostatik didefinisikan sebagai panas dari medan elektrik E dan polarisasi P. kerapatan momen dipole dirumuskan : dengan adalah permitivitas relative. Adapun vector gelombang k akan memberikan pengaruh pada besarnya nilai medan listrik E.

3.Apa yang dimaksud dengan medan regangan elektron (polaron) ? Jawab :Medan regangan elektron adalah daerah bergeraknya suatu elektron seperti gambar Pada gambar tersebut menjelaskan bahwa dengan bertambahnya elektron pada kulit KCl menyebabkan bertambahnya hubungan medan tegangannya yaitu K+ bergerak saling tarik-menarik

4.

mendekati elektron dengan K+ lainnya, sedangkan Cl- saling menjauhi dari arah elektron. Daerah terjadinya hubungan itu didebut dengan medan regangan Berdasarkan grafik, grafik tersebut memotong sumbu x = 1, kenapa ? Jawab Penjelasan grafik : ω : Frekuensi yang dimiliki oleh gelombang cahaya ωy : Frekuensi plasma pada lapisan dielektrik Dari grafik dapat dilihat bahwa : Jika ω/ ωy lebih kecil dari 1 maka akan terjadi pelemahan, ini menunjukkan bahwa frekuensi gelombang cahaya lebih kecil dari frekuensi plasma pada lapisan dielektrik sehingga gelombang tidak dapat menembus lapisan dielektrik tersebut karena terjadi pelemahan pada saat menembuas lapisan dielektrik tersebut. Sebalikya jika ω/ ωy lebih besar dari 1 maka akan terjadi penguatan, ini menunjukkan bahwa frekuensi gelombang cahaya lebih besar dari frekuensi plasma pada lapisan dielektrik sehingga gelombang dapat menembus lapisan dielektrik tersebut. Grafik tersebut memotong sumbu x di x = 1, karena pada saat itu frekuensi gelombang cahaya sama besar dengan frekuensi plasma pada lapisan dielektrik (ω/ ωy = 1), sehingga pada saat itu tidak terjadi pelemahan dan penguatan frekuensi gelombang cahaya.

5. Jelaskan makna fisis grafik transfer elektron ?Jawab : Dalam gambar a ditunjukkan sebuah slab atau film tipis dari besi. Sebuah bagian menyilang ditunjukkan gambar b. dengan ion pusat positif diindikasikan tanda (+) dan lautan elektron diindikasikan dengan background abu-abu. Slab tersebut netral secara elektrik. Pada gambar c, pengisian negatif telah dipindahkan ke atas secara seragam dengan sebuah jarak yang pendek u, ditunjukkan sebuah lempengan tipis atau film sebuah besi. Seperti gambar (a) pemindahan ini menimbulkan sebuah permukaan densitas pengisian negatif neu pada permukaan lempengan yang lebih atas dan positif neu pada permukaan uang lebih rendah, dimana n adalah konsentrasi elektron. Sebuah medan elektrik diproduksi dalam lempengan. Medan ini berfungsi untuk mengembangkan lautan elektron pada posisi equilibriumnya (b). Dalam unit SI

6. Definisi osilasi plasma longitudinal dan jelaskan persamaan hubungan dispersi ? Jawab : Plasma merupakan sebuah medium yang konsentrasinya sama dari muatan positif dan negative, yang mana paling tidak satu muatannya berpindah-pindah. Sehingga osilasi plasma longitudinal merupakan osilasi yang terjadi pada plasma secara longitudinal akibat adanya gelombang elektromagnetik yang mengenai lapisan dielektrik. Gelombang elektromagnetik yang mengenai plasma akan menyebabkan elektron bebas berolsilasi sehingga plasmapun berosilasi. Hubungan disperse : Dengan menggunakan persamaan :

Persamaan diatas dapat diubah menjadi :

Untuk

kita memiliki K2 <0, jadi K imajiner. Solusi dari persamaan gelombang adalah dari exp (-|K|x) dalam daerah frekuensi . gejala gelombang pada medium pada daerah frekuensi ini tidak disebarkan, tetapi akan terefleksi total.

Sebuah gas elektron transparan ketika sebagai :

, di sini fungsi dielektrik adalah real positif. Hubungan disperse daerah ini dapat ditulis

Ini menggambarkan transfer gelombang elektromagnetik dalam sebuah plasma Nilai frekuensi

dan nilai panjang gelombang pada ruang bebas

bebeas panjang gelombang kurang dari

.Sebuah gelombang akan terpropaganda jika daerah

atau gelombang terefleksi.

7. Tindakan khusus seperti apa yang dilakukan agar dapat diperoleh gelombang yang terlokalisasi ?Jawab : Permukaan gelombang plasma dapat dijabarkan dengan konsep optik yang terjadi pada permukaan dasar dimana pada permukaan dasar, lapisan logam terhubung langsung dengan lapisan dielektrik. Hal ini selanjutnya disebut sebagai permukaan plasmon. Perambatan gelombang ditunjukkan dengan suatu vektor gelombang k(sp).Tindakan khusus diperlukan untuk menghasilkan gelombang seperti itu. Tindakan khusus yang perlu dilakukan berupa pengaturan besarnya sudut cahaya yang datang pada prisma agar dihasilkan reflektansi/ pemantulan yang diinginkan. Jika tidak diatur sedemikian rupa dapat menyebabkan semua cahaya terpantul dan tidak ada cahaya yang terbiaskan menuju ke lapisan dielektrik sehingga tidak dapat menimbulkan gelombang plasma.

8. SPR bergantung terhadap ukuran, bentuk dan sifat alami logam nanopartikel, hubungan seperti apa ? Jawab : Penyerapan cahaya oleh nanopartikel berlangsung dalam rentang panjang gelombang. Resonansi ini (SPR) tergantung pada ukuran, bentuk dan sifat alami logam nanopartikel. Perhatikan gambar berikut :

λ

Nanoparticle

d

d << λ

Dari gambar di atas dapat kita simpulkan bahwa resonansi plasma terjadi akibat adanya cahaya yang mengenai lapisan dielektrik yang selanjutnya mengenai logam nanopartikel. Cahaya yang mengenai logam nanopertikel dapat menyebabkan elektron bebas yang terdapat pada logam nanopartikel tersebut berosilasi. Hal ini dapat terjadi jika diameter nanopartikel jauh lebih kecil dibandingkan dengan panjang gelombang cahaya. Sehingga peristiwa ini menunjukkan bahwa resonansi ini (SPR) tergantung pada ukuran, bentuk dan sifat alami logam nanopartikel.

9. Bedanya kopling medan listrik dengan medan listrik apa ?, mengapa dapat terjadi kopling medan listrik ? Jawab : Couple/ kopling secara bahasa diartikan dengan sama dan berlawanan arah.

Gelombang elektromagnetik

Nanoparti kel

Dari gambar di atas kita lihat bahwa ketika cahaya (gelombang elektromagnetik) dikenakan pada nanopartikel maka elekron bebas pada nanopartikel akan bepindah posisi yang berlawanan arah dengan posisi sebelumnya, sehingga disinilah muncul istilah kopling pada pembahasan ini. Jadi, kopling di dalam palsmon terjadi karena adanya cahaya yang mengenai nanopartikel. Dari penjelasan tersebut jelas terdapat perbedaan antara kopling medan listrik dengan medan listrik. Kopling medan listrik menunjukkan arah medan listrik yang berlawanan akan tetapi besarnya tetap sama, sedangkan medan listrik merupakan ruangan di sekitar muatan listrik atau benda bermuatan listrik yang masih terpengaruh gaya listrik.

PROSES OPTIS DAN EKSITON

1. Apa yang dimaksud dengan penghubung Kramers-Kronig? Jawab : Penghubung kramers-kroning adalah persamaan yang dapat menemukan bagian real dari respon sistem pasif linier jika kita sudah tahu bagian imajenernya pada fungsi dielektrik untuk semua frekuensi dan vice versa. Fungsi respon

α ( ω ) = α ' ( ω ) + iα ' ' ( ω ) .Tiga keadaan pada fungsi respon yang diperlihatkan sebagai fungsi dari variabek

ω . Beberapa fungsi dengan keadaan yang menyertainya akan memenuhi hubungan Kramers-Kronig : a. kutub dari α ( ω ) merupakan bilangan real kompleks

b. hasil dari integral α ( ω ) / ω tersebut adalah nol untuk α ( ω ) → 0 pada ω → ∞

c. fungsi dari α ' ( ω ) genap dan α ' ' ( ω ) ganjil dengan tetap pada ω merupakan bilangan real. Anggaplah bahwa integral Cauchy dalam bentuk

1 α ( s) α (ω ) = P ∫ ds πi −∞ s − ω ∞

dimana P merupakan bagian dari prinsip integral yang akan didiskusikan nanti pada matematika. Bagian kanan pada persamaan di atas akan menjadi sempurna jika merupakan integral setengah lingkaran yang infinit pada setengahnya dan jika dijumlahkan maka hasilnya akan nol. Maka persamaan dari bagian real adalah

α ' (ω ) =

1 α ' ' (ω ) 1 P∫ ds = π −∞ s − ω π ∞

0 ∞ α ' ' ( ω ) α ' ' ( p)  P ∫ ds + ∫ dp  s − ω p − ω −∞ 0 

dalam integral terakhir kita mensubstitusikan s menjadi –p dan menggunakan aturan

α ' ' (ω ) ds s +ω 0

∞

∫

α ' (ω ) =

dan

kita

mendapatkan,

dengan

α ' ' ( − s ) = −α ' ' ( s ) . Maka integralnya menjadi

1 1 2s + = 2 s −ω s +ω s −ω2

Maka

akan

menghasilkan

2 sα ( s ) P∫ 2 ds π 0 s −ω2 ∞

untuk persamaan Kremers-Kronig pada bagian yang lain mengikuti persamaan di atas ∞ ∞ 0 1 α ' (ω ) 1  α ' (ω ) α ' ( p)  α ' ' (ω ) = − P ∫ ds = − P  ∫ ds + ∫ ds  π −∞ s − ω π 0 s − ω s −ω  −∞

2ω α ' ( s) α ' ' (ω ) = − P∫ 2 ds π 0 s −ω2 ∞

maka

E ( reff )

2. Pada persamaan

E ( inc )

untuk mengukur

R=

≡ r( ω ) ≡ ρ ( ω ) e iθ ( ω ) , θ ( ω ) sudut fase diperoleh dari mana? Jawab : Berdasarkan penjelasan Kittel, sulit

θ ( ω ) dari gelombang pantul, tetapi nilainya dapat dihitung dari hasil pengukuran R( ω ) pada semua frekuensi.

E * ( reff ) E ( reff ) = r *r = ρ2 E * ( inc ) E ( inc )

Selanjutnya kesulitan itu bias di selesaikan dengan bantuan penghubung Kramers-Kronig. Marilah kita aplikasikan penghubung Kramers-Kronig menjadi r( ω ) merupakan fungsi respon antara gelombang datang dan reflektansi maka : 1

ln r ( ω ) = ln R 2 ( ω ) + iθ ( ω ) , fungsi ini kita selesaikan dengan penghubung Kramers-Kronig sehingga bentuk dari sudut fase pada reflektansi menjadi:

ln R( s ) ω θ (ω ) = − P∫ 2 ds 2π s −ω2 ∞

0

kemudian kita mengintegralkan pada setiap bagian maka bentuknya menjadi :

ω ∞ s + ω d ln R ( s ) θ (ω ) = − P ln ds 2π ∫0 s − ω ds 3. Penghubung Kramer-Kronig dapat menemukan bagian riil dan imaginer dari fungsi respon. Jelaskan ! Jawab : Penghubung kramerskroning adalah persamaan yang dapat menemukan bagian real dari respon sistem pasif linier jika kita sudah tahu bagian imajenernya pada fungsi dielektrik untuk semua frekuensi dan vice versa. Sebuah respon untuk suatu sistem linier pasif dapat direpresentasikan sebagai perpaduan dari kumpulan respon dari gerak osilator harmonic teredam. Fungsi respon

xω = α ( ω ) Fω

α ( ω ) = α ' ( ω ) + iα ' ' ( ω ) dalam kumpulan osilator didefinisikan sebagai :

dimana aplikasi gaya F bagian real dari

∑M j

Fω e − iωt dan total x adalah bagian real dari xω e −iωt dari persamaan gerak

 d2 d 2 j  dt 2 + ρj dt + ω j  x = F  

kita mendapatkan fungsi respon komplek dari sistem osilator:

α (ω ) = ∑ j

dimana

fj

ω j − ω 2 − iωρ j

= ∑ fj

2

(ω

2 j

−ω2

)

2

+ ω2ρ 2

f j adalah konstanta dan ρ j adalah frekuensi relaksasi dan semua positif pada semua sistem pasif. Dalam sebuah sistem

mekanika dengan massa

4.

2

ω j − ω 2 + ωρ j

M j , maka kita akan mendapatkan f j =

1 . Mj

Jelaskan maksud dari grafik Efek dari level eksiton pada penyerapan optik dalam sebuah semikonduktor untuk foton dengan energi mendekati celah pita Eg pada arsenida galium pada 21 K di bawah ini : Arinal Muna (05302241039) Jawab : Dalam transisi optik pita valensi yaitu selisih antara energi yang tersedia untuk membentuk sebuah eksiton dan energi untuk membentuk sebuah elektron bebas dan hole bebas. Dari grafik

terlihat bahwa nilai energi gap-nya adalah 1,521 eV dan energi awal sebelum penyerapan eksiton sekitar 1,5176 eV sehingga dapat diketahui nilai energi ikat eksiton merupakan selisih dari keduanya yaitu 1,521 eV – 1,5176 eV = 0,0034 eV. Hal ini sesuai dengan grafik “Level energi eksiton yang terbentuk pada sebuah proses langsung” berikut :

5. Jelaskan maksud dari pernyataan “Dalam rekombinasi Luminense, dengan membandingkan energi dari rekombinansi garis elektronhole bebas dengan energi rekombinansi garis dari eksiton”! Jawab : Luminescence adalah pemancaran cahaya oleh suatu bahan selain karena kenaikan temperaturnya. Pada umumnya atom-atom bahan memancarkan foton energi elektromagnetik pada saat atom-atom tersebut kembali ke keadaan dasar setelah berada pada keadaan tereksitasi.

6. Jelaskan maksud dari pernyataan “elektron dan hole bebas terbentuk/muncul ketika selisih dari energi foton dan energi celah terserap ke sebuah kristal”! Jawab : Pada penjelasan berikutnya diketahui bahwa nilai Ambang batas untuk energi dari proses ini adalah ω > E g dalam proses langsung. Sedangkan dalam proses tak langsung energi dari proses ini lebih rendah dari energi fonon besarnya nilai tersebut bergantung pada besarnya nilai

ω dan Ω

Ω . Dimana

7. Jelaskan mekanisme hamburan sinar X tak elastik pada kristal, Apakah juga terjadi hamburan sinar X elastik ? Jawab: Merupakan hamburan tidak elastik karena jika terjadi tumbukan antara dua benda, setelah terjadi tumbukan, kecepatan kedua benda akan menjadi sama. sesuai hukum kekekalan momentum dan kekekalan energi memenuhi persamaan

ω = ω '±Ω

k = k' ± K

Foton terhambur Foton datang

Foton datang

Fonon

foton terhambur

fonon

Setelah foton menumbuk kristal , maka akan menghasilkan hamburan foton dan fonon serta hamburan foton dan penyerapan fonon. Foton pada frekuensi

ω −Ω

ω −Ω

disebut garis Stokes, dan pada

ω+Ω

disebut garis anti stokes. ini pada frekuensi

ω+Ω

dan

dapat dihamburkan, serta diiringi oleh penyerapan atau pemancaran sebuah fonon pada frekuensi Ω Sayap Brilliouin

ω −Ω

ω

ω+Ω

Stokes antiStokes Pada hamburan sinar X, tidak terjadi hamburan elastik.

8. Populasi fonon berada pada panas equilibrium / kesetimbangan termal di suhu T, Apakah yang dimaksud panas equilibrium ? Berapa nilainya ? JAWAB : Kesetimbangan termal (thermal equilibrium) adalah panas kesetimbangan setelah tidak terjadi pertukaran panas netto yang berlangsung di dalam benda atau antara benda dengan lingkungannya. Panas equilibrium diperoleh dari perbandingan intensitas garis anti Stokes dan Stokes. Jika dilihat dari grafik perbandingannya Setelah mencapai temperatur tertentu , perbandingan intensitas garis anti Stokes dan Stokes menjadi konstan . Ini artinya panas equilibriumnyya terjadi pada temperatur diatas 800 K.

9. Pada gambar 20. Mengapa logaritma transmisi optic dibandingkan dengan energy photon cuprous oxside pada 77 K? apakah bisa pada suhu yang lain?Jawab : Pada makalah telah dinyatakan oleh Groos dan teman yang lainnya sudah mempelajari lintasan absorpsi optic pada tembaga oksida / cuprous oxide (Cu2O) pada temperature rendah dengan hasil baik untuk jarak tingkat eksiton dengan persamaan Rydberg, utamanya tingkat dengan n>2. Hasilnya ditunjukkan pada gambar 20. Sehingga jika pada suhu yang lainnya ditakutkan akan hasilnya jauh dari yang di inginkan, maka suhu yang minimumnya adalah pada suhu 77 K.

10. Kristal Alkali Halida ketika murni berbentuk transparan dalam cahaya tampak dari spektrum, tapi dalam cahaya ultraviolet yang hampa, alkali halida memperlihatkan struktur yang luas dalam penyerapan spectral dari pembentukan eksiton. yang dimaksud dengan transparan yang disini apa? Dan bagaimana dengan spectrum yang lainnya? Dan alkali halida memperlihatkan struktur luasan yang bagaimana? Jawab : Yang dimaksud transparan disini adalah suatu cahaya yang bisa melewat maka E uV > EVis jika EuV < EVis maka cahaya tidak bisa lewat. Dimana : EuV = ultraviolet yang terobrorasi EVis= cahaya yang tampak Spectrum yang lainnya kita dapat melihatnya pada energy gap nya (Eg) Energy Foton > energy gap nya maka terpantul Energy Foton < energy gap nya maka terserap Yang dimaksud dengan struktur luasannya adalah luas menyebar pada luasan yang terdapat pada strukturnya atau luasan yang menutupi seluruh struktur alkali halida. SUPERKONDUKTIVITAS

1. Mengapa arus dapat mengalir pada material superkonduksi sedangkan medan magnetik dalam material tersebut tidak ada ( B = 0 ) ? Penyelesaian : Kerapatan arus pada bagian dalam material superkonduktor seharusnya tidak ada (J = 0) karena B = 0 , hal ini sesuai dengan Hukum ampere, bahwa

  ∇ × B = µ 0 J . Hal ini pada kenyataanya bahwa arus mengalir pada permukaan material

superkonduktor. Sehingga pada sisi permukaan superkonduktor, kerapatan arus tidak nol yang menghasilkan medan magnetik.

2. Hitunglah kuat medan magnetik Bc yang dibutuhkan untuk melenyapkan sifat superkonduktivitas dati logan timah pada temperatur 4,2 K ! Penyelesaian : Timah memiliki Tc = 7,2 K dan Bc(0) = 0,080 T. Sehingga,

  T 2  Bc (T ) = Bc (0) 1 −      Tc     4,2 K  2  = 0,080Tesla 1 −      7,2 K   = 0,053Tesla 3. Kawat tin mempunyai Tc = 3,7 K dan Bc = 31 mT pada temperatur 0 K. Berapa jari-jari minimum kawat tin jika dialiri arus 200 A pada T = 2,0 K ? Penyelesaian : Hukum Ampere menyatakan bahwa kuat medan magnet B pada suatu kawat yang beradius R dan mengalirkan arus I adalah

B=

µ0 I 2πR

Medan kritis yang diperlukan pada temperatur 2,0 K adalah

  T 2  Bc (T ) = Bc (0) 1 −      Tc     2,0 K  2  −3 = 31.10 Tesla 1 −      3,7 K   = 21,9.10 −3 Tesla Sehingga, jari-jari R minimumnya adalah

R≥

µ0 I 2πBc

4π .10 −7 NA − 2 × 200 A = 2π × 21,9.10 −3 Tesla = 1,8.10 −3 m ≅ 1,8mm 4. Kerapatan elektron bebas pada timah adalah 1,5.1029 m-3. Hitunglah kedalaman penetrasi berdasarkan persamaan London dengan mengasumsikan bahwa elektron bebas dalam keadaan superkonduksi !

Penyelesaian : Persamaan london tentang kedalaman penetrasi

 m λ =  2  µ 0 ns e

1

2   

 9,11.10 −31 =  4π .10 −7 × 1,5.10 29 × 1,6.10 −19  = 14.10 −9 m = 14nm

(

1

)

2

2   

 1  2 5. Dapatkan persamaan ∇ J s = 2 J s dengan mengasumsikan bahwa arus yang mengalir dalam keadaan tetap (steady –state) ! λ    n e2  ∇ × J s = − s B , dan hukum ampere ∇ × B = µ 0 J s sehingga diperoleh, m 2   ne ∇× ∇× Js = − s ∇× B m µ n e2  = − 0 s Js m 1  = − 2 Js λ   1  ∇ × ∇ × J s = grad ∇ • J s − ∇ 2 J s = − 2 J s λ ∂ρ = 0 , sehingga pada keadaan tetap (steady-state), ∂t   ∂ρ + ∇ • Js = 0 ∇ • Js = 0 ∂t  1  ∇2 Js = 2 Js Maka, λ Penyelesaian : Dengan menggunakan persamaan

(

)

(

)

(

(

(

)

)

)

1. Pada efek flux pinning , material superkonduktor ikut tertarik oleh magnet tapi tidak menempel seperti ada ikatan. Kapan ikatan itu dapat lepas? Jawaban : FLUX TRAPPING atau FLUX PINNING merupakan fenomena dimana garis-garis gaya magnet yang disebut dengan fluks magnet terjerat di dalam material superkonduktor. Efek penjeratan ini membentuk ikatan antara superkonduktor dengan magnet pada jarak tertentu. Efek ini akan terjadi apabila material berada pada keadaan superkonduksi. Keadaan superkonduksi diberikan oleh TIGA FAKTOR penting, yaitu: Temperatur kritis, medan kritis dan arus kritis. Apabila nilainilai kritis dilampaui maka sifat superkonduktivitas akan hilang. Artinya segala efek yang menjadi properti dari superkonduktivitas akan hilang.

2. Bagaimana keadaan atom pada fase superkonduksi ?Aplikasi superkonduktor salah satunya adalah untuk peningkatan kecapatan komputer. Jelaskan bagaimana proses tersebut terjadi ! Jawaban :

a. Elektron yang menjadi muatan pengangkut & berserakan bereaksi dengan ion di dalam bahan dan pada suhu tertentu elektron-elektron ini akan mengalami keadaan yang lebih tertib dan saling berpasangan. Pasangan-pasangan elektron ini bergerak dengan momentum yang sama tanpa mengalami sembarang proses yang dapat menyebabkan kehilangan energi. Pergerakan elektron di dalam bahan superkonduktor adalah ibarat sepasukan tentara yang berbaris rapi dan berjalan dengan kecepatan yang sama dan tidak terjadi pelanggaran diantara mereka. Hal ini yang menyebabkan elektron dapat bergerak tanpa resistan. Menurut teori Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS), kehilangan resistan dalam superkonduktor disebabkan pada temperatur yang rendah muatan pembawa yang terdiri dari pasangan elektron yang disebut pasangan Cooper dapat bergerak tanpa mengalami proses yang menghasilkan resistan. Pasangan Cooper terbentuk adalah hasil interaksi elektron dengan getaran kisi kristal (fonon). Kita bandingkan dengan elektron konduksi dalam konduktor biasa. Di sini elektron bergerak sendiri-sendiri dan akan kehilangan sebagian energinya jika ia terhambur oleh kotoran (impuritas) atau oleh phonon, phonon adalah kuantum energi getaran kerangka (kisi) kristal bahan. Elektron tersebut akan menimbulkan distorsi terhadap kerangka kristal sehingga menimbulkan daerah tarikan. Tarikan ini dalam superkonduktor pada suhu rendah bisa mengalahkan tolakan Coulomb antar elektron, sehingga dengan ukar menukar phonon dua elektron justru akan membentuk ikatan menjadi pasangan Cooper. Oleh karena keadaan kuantum mereka semuanya sama, suatu elektron tidak dapat terhambur tanpa mengganggu pasangannya, padahal pada suhu T < Tc getaran kerangka tidak memiliki cukup energi untuk mematahkan ikatan pasangan tersebut. Akibatnya mereka tahan terhadap hamburan, jadilah bahan tersebut superkonduktor.

b.

Aplikasi superkonduktivitas pada bidang komputasi, salah satunya adalah teknologi superkomputer yang memiliki kecepatan proses yang super tinggi. Kemampuanya mencapai satuan petaflops. Flops (Floating point operations per seconds) adalah satuan pengukuran kecepatan kinerja mikroprosesor. Untuk mencapai kemampuan seperti itu, maka diperlukan suatu perangkat superkonduktor seperti sambungan josphson (josephson junction). Lembaga riset TRW mempperkirakan bahwa 100 billiun sambungan josphson pada 4000 mikroprosesor diperlukan untuk mencapai kecepatan 32 petabits per detik. Sambungan josephson disatukan (diintegrasikan) dengan transistor efek medan pada rangkaian mikroprosesor superkomputer. Komputer jenis ini banyak digunakan dalam aplikasi ilmiah seperti mensimulasikan data pergerakan bumi secara akuran, perkiraan cuaca dan iklim global, dan juga dipakai dalam bidangan militer.

3. Panjang koherensi merupakan penyelesaian yang baik untuk persamaan Ginzburg-Landau. Bagaimana hubungannya? Jawaban: Kita bandingkan fungsi gelombang

ϕ (x) = e ikx denga fungsi gelombang terencana seragam dalam ruang,

ϕ * ϕ = ½ (e − i ( k + q ) x + e ikx ) (e i ( k + q ) x + e ikx ) = ½(2+ e iqx + e −iqx ) = 1+ cos qx Energi kinetik gelombang

ϕ (x) adalah ζ =

2

2m

k2

Rapat distribusi energi kinetik modulasi lebih tinggi untuk

[

]

2 2 2  d2  1 2  2 2 2     dx ϕ − ϕ ( k + q ) + k = = + k kq ∫  2m dx 2  2  2m  2m 2m

dimana q2 kita abaikan untuk q ~ k Kenaikan energi diperlukan untuk memodulasi adalah 2

2m

k F q0 = E R

Hubungan panjang koheren instrinsik

ζ =

ξ 0 dengan modulasi kritis adalah

1 , kita memiliki q0

ζ0 =

2

kF VF Eg = Eg 2m 2m π Dimana VF adalah kecepatan electron pada permukaan Fermi. Pada torsi BCS hasil yang sama ditemakan sebagai

ζ0 =

2

kF Eg 2m 2m

Panjang koheren instrinsik merupakan karakteristik dari superkonduktor murni.

4. Superkonduktor tipe 2 mengizinkan medan magnet untuk menembus bagiannya dalam satuan fluks kuanta, menghasilkan “lubang” wilayah metalik normal dalam kumpulan superkonduksi. Sifat ini menyebabkan superkonduktor suhu tinggi mampu bertahan di medan magnet yang jauh lebih tinggi. Mengapa ? Jawaban : Hal ini terjadi karena pada superkonduktor tipe 2, energi permukaannya akan menjadi negatif jika medan magnetik dinaikkan. Berbeda dengan superkonduktor tipe 2 yang energi permukaannya selalu positif bila medan magnetik dinaikkan. Energi babas pada superkonduktor tipe 2 kan naik ketika medan magnet dikeluarkan. Suatu medan sejajar dapat masuk pada lapisan tipis secara seragam dan hanya sebagian fluks yang dikeluarkan dan energi lapisan tipis superkonduktor akan naik secara perlahan-lahan saat medan magnetik luar dinaikkan. ketika medan magnetik luar dinaikkan maka akan menambah intensitas medan yang cukup tinggi. Hal ini dapat dijelaskan pada daerah vortex state, dimana terjadi penembusan medan magnetik ke dalam bagian dalam superkonduktor. Suatu superkonduktor tipe 2 dicirikan oleh suatu vortex state yang lebih stabil dalam jangkauan medan magnetik yang lebih panjang.

5. Apa yang dimaksud dengan suhu kriogenik ?Bagaimana cara merubah superkonduktor tipe 2? Beri contohnya. Jawaban : a. Kriogenik berasal dari bahasa Yunani kuno, yaitu dari kata “krios” yang berarti dingin. Sehingga suhu kriogenik dapat diartikan sebagai temperatur yang amat dingin (mendekati 0 mutlak). b.

Mekanisme superkonduktor suhu tinggi masih menjadi tanda tanya dan merupakan tugas para peneliti dan pakar sains untuk mencari jawabannya guna memecahkan masalah ini. Apa yang pasti saat ini adalah arus elektrik di dalam superkonduktor suhu tinggi terdiri dari pasangan muatan seperti yang terdapat pada superkonduktor konvensional. Persoalannya ialah, apakah interaksi yang menyebabkan muatan-muatan ini berpasangan? Mekanisme superkonduktor konvensional tidak dapat digunakan untuk superkonduktor suhu tinggi secara langsung karena teori konvensional ini membataskan suhu kritis tidak lebih daripada 30 K. Saat ini banyak penelitian yang dilakukan dan hasilnya dibandingkan dengan model yang dicadangkan untuk membongkar rahasia superkonduktor suhu tinggi sebenarnya. Bentuk kristalnya termasuk golongan perovskite, suatu bentuk kristal kubus yang cukup populer. Rumus umum molekul perovskite adalah ABX3 , dimana A dan B adalah kaiton logam dan X adalah anion non logam. Banyak bahan elektronis

yang memiliki bentuk perovskite ini, misalnya PbTiO3 dan PbZrO3 yang bersifat piezoelektrik kuat sehingga baik digunakan untuk pressure-gauge. Superkonduktor suhu tinggi ini ternyata berupa perovskite yang cacat. Misalnya YBCO yang ditemukan oleh Chu Chingwu cs. dari Universitas Houston berbentuk 3 kubus perovskite dengan rumus molekul YBa2Cu3O6,5 , yang menunjukkan defisiensi atom oksigen sebagai anionnya (mestinya ada 9 atom). Nama lain untuk YBCO ini adalah 1-2-3, menunjukkan perbandingan cacah atom Y, Ba dan Cu di dalam kristalnya. Atom-atom tembaganya terletak pada suatu lapisan inilah arus listrik lewat dalam bahan YBCO. Struktur yang demikian memiliki andil yang besar bagi sifat superkonduktivitas suhu tinggi, terbukti senyawa barium-kalium-bismuth-oksida buatan AT & T Bell Laboratoies (1988) cuma memiliki Tc = 30 K, senyawa ini tentu saja tidak memiliki atom tembaga sebagai lapisan penghantar elektron.

6. Apa yang dimaksud dengan jalan bebas rata-rata? Jawaban : Berdasarkan kamus fisika, jalan bebas rata-rata (mean free path) disefinisikan sebagai jarak rerata yang di tempuh molekul atau partikel antara dua kejadian sejenis, seperti tumbukan lenting (elastis) molekul-molekul dalam gas, elektron atau fonon dalam kristal, atau neuton dalam moderator. Dalam konsep gaya, jalan bebas rata-rata diartikan sebagai jarak rerata antara dua tumbukan dalam gas. Jarak ini bergantung pada penampang dan kerapatan molekul gas. MATERIAL AMORF

1. Material amorf dapat digunakan untuk apa? Apabila terdapat cacat pada material amorf, apakah berpengaruh terhadap pemrosesan material amorf? Jawaban :

a. Material amorf dapat digunakan dalam computational systems, science fiction, ceramic, gelas kuarsa dalam serat optik, b.

membrane selenium untuk mesin fotokopi, silicon amorf dalam sel surya dan beberapa polimer (misalnya polistirene) Pemrosesan material amorf secara umum terdiri dari tiga langkah yaitu pelarutan, penambahan konsentrat yang diinginkan dan pemisahan dengan filtrasi. Apabila terdapa cacat pada material akan dibutuhkan waktu yang agak lama karena dibutuhkan langkah tambahan untuk membuat material amorf itu menjadi tidak cacat lagi.

2. Apakah yang dimaksud dengan quenching? Bila material amorf tidak mengalami rapat keadaan terlokalisasi apa yang akan terjadi? Jawaban :

a. Quenching atau pemuduran adalah pemanasan atau pendinginan material secara mendadak yaitu dengan memasukkan b.

kedalam cairan, uap ataupun gas. Bila material amorf tidak mengalami rapat keadaan terlokalisasi maka tidak akan mengahsilkan perbedaan listrik dan optik.

3. Mengapa tegangan yang diperlukan untuk memutuskan kaca lebih kecil dari pada tegangan yang digunakan untuk memutuskan ikatan atom? Jelaskan tiga model patahan beserta penjelasan gambarnya! Jawaban : a. Karena setelah dilakukan penelitian oleh Griffith diperoleh kesimpulan bahwa tegangan (stress) patahan meningkat bila diameter serat menurun dengan kata lain tegangan (stress) berbanding terbalik dengan diameter.

b. Mode Retak I – Opening mode (Modus Pembuka) : Patahan ini terjadi karena adanya gaya tegang yang diberikan pada permukaan secara normal atau vertical. Mode Retak II – Sliding mode (Modus Geser) : Patahan ini terjadi karena adanya pemberian tegangan yang berlawanan arah namun satu garis/ horizontal atau arahnya maju mundur. Mode Retak III – Tearing mode (Modus Menggunting) : Patahan ini terjadi karena adanya pemberian gaya tegang atau tegangan secara berlawanan arah tetapi menyilang sehingga berbentuk memotong seperti menggunting.

4. Jelaskan mengenai model quenching (a), (b), (c) dan (d) ! Jawaban : Metode pembentukan amorf (a) Pendinginan lambat Untuk material dengan kecenderungan bentuk gelas yang tinggi, larutan (melt) dapat didinginkan perlahan secara sederhana dengan memutar dapur api (furnance) atau dengan menurunkan materi secara terencana. Jenis kecepatan pendinginan berada dalam selang

sampai

K/detik. Material gelas dalam kategori ini diantaranya

terdapat dalam table 1 diatas (Si2O2, As2S3 dan polistyrin). Walaupun bentuk kristal As2S3 melimpah dialam ( dengan memerlukan waktu yang lama untuk memproduksinya) seperti bahan tambang, kristal sintetik tidak dapat disiapkan dari larutan berdasarkan eksperimen yang mungkin. Larutan selalu mengeras seperti amorf padat.

(b) Pendinginan sedang (moderate quencing) Kecepatan yang lebih cepat diperlukan untuk quenching gelas seperti pada amorf selenium, bagian gelas disusun dari rantai molekul primer yang panjang. Menggunakan sebuah bak air es untuk quenching volum dari larutan (melt). Kecepatan hasilnya

dalam selang waktu

K/detik. Se gelas dapat disiapkan dengan metode ini, dapat juga pada logam gelas Pd-Ni-P

seperti dalam table. Logam ini mempunyai sebuah kecenderungan bentuk gelas cukup tinggi.

(c) splat quenching dengan cepat Metode ini merupakan contoh yang paling spektakuler yang dikembangkan secara khusus untuk logam gelas. Metode ini secara umum disebut metode splat quenching (splat-quenching techniques), dengan meningkatkan nilai suhu (T) dengan selang K/detik. Metode palu dan landasan keras (Hammer and anvil drop-smasher methode) pada gambar (c) mendinginkan titik jatuh cairan dari dua sisi satu persatu, dan ini digunakan untuk menghasilkan specimen logam gelas dilaboratorium dalam ukuran milligram. (d) kondensasi dari fase gas Gambar (d) menunjukkan teknik yang representative bahwa dengan mendorong fase cairan dengan lengkap dan membentuk amorf padat dalam bentuk atom dengan atom dari fase gas. Teknik ini mempunyai keefektifan kecepatan quenching yang tinggi (T dimungkinkan terlalu tinggi sehingga menjadi sedikit lebih lama untuk menyiapkan gelas dimana dengan metode melt-quenching.

5. Berdasarkan apa semikonduktor dapat dibedakan 4? Apa yang dimaksud dengan chemical bonding? Arum manis merupakan contoh dari bentuk material amorf. Apakah arum manis masih aman dikonsumsi? Jawaban : a. Semikonduktor dibagi menjadi 4: • Semikonduktor amorf dasar • Semikonduktor amorf sepasang • Semikonduktor amorf komponen banyak • Semikonduktor amorf ionic Pada penggolongan amorf ini tiga kelas pertama digolongkan berdasarkan kesatuan dengan ikatan kovalen sedangkan dikelas terakhir berdasarkan kuatnya pada ikatan ionik.

b. Chemical bonding adalah proses fisika yang berupa interaksi attractive antara atom dan molekul. Secara umum chemical bonding merupakan transfer electron antara atom participate. c.

6.

Meskipun material amorf merupakan bentuk dari material amorf, asalkan proses pembuatan dari arum manis itu sendiri tanpa penambahan zat-zat yang berbahaya. Bagaimanakah gambaran lapisan p-i-n ? Jawaban : Lapisan p-i-n merupakan pengaplikasian emikonukor amorf yan digunakn pada divais el srya.Lapisan –i terbuat dari silikon amorf terhidrogenesi telah ditumbuhkan diatas gelas coming 7059 dengan metode Plasma Enhance Chemichal Vapor Deposition (PECVD). Sedangkan untuk lapisan p dan n ya baik yang mempunyai konduktivitas yang tinggi dan mempunyai celah pita ptik yang lebar.

7.

Mengapa energi fase kristal pada gelas lebih dingin dari pada energi fase cairan superdingin? Jawaban : Energi fasa Kristal dari bahan gelas lebih kecil daripada energy fas cairan superdingin karena adanya sisipan garam doping AgBr, menyebabkan kenaikan volume bebas (free volume) pada jaringan fosfat sehingga ion Ag+ mudah bergerak dan menaikkan harga konduktifitansya Hal ini juga menyebabkan berkurangnya limit jangkauan kemampuan pembentukan gelas (glass forming ability) disebabkan menurunnya ionic cross linking pada jaringan fosfat. Menurutnya kemampuan pembentukan gelas, atau sifat gelas akan menurunkan suhu gelas transisi, karena energy termal yang dibutuhkan untuk

8.

Aplikasi soal dari material amorf! Jawaban : Berapakah nilai konstanta C dalam energi permukaan yang ditemukan oleh Griffith pada hasil percobaan untuk kaca? Jawaban : Diketahui : E(gpa) = 62 γ =1J/m2 Ditanyakan : nilai konstanta C …….? Jawab :

C=

2 x62 x1 = 3.14

39.49 = 6.28

Jadi nilai konstanta C adalah 6.28

9.

Helmey Setyo Budi (05300241003) Pertanyaan : Dalam sifat panas material amorf terdapat konduktivitas thermal, apakah material amorf bias menjadi konduktor yang baik? Jawaban : Material amorf dapat menjadi konduktor yang baik , antara lain dapat dimanfaatkan sebagai konduktor superionik, beberapa sifat dari bahan gelas konduktor superionik yaitu memiliki konduktivitas tinggi pada suhu ruang serta berbagai aplikasi teknologinya seperti baterai, sensor dan piranti elektrokimia..

Ringkasan ini saya kutip tadi makalah teman-teman mahasiswa pendidikan fisika 2005 FMIPA UNY. By : Revaldzrixhon Lc