Superkonduktivitas

SUPERKONDUKTIVITAS

TINJAUAN EKSPERIMENTAL PRESENTED BY REVAL DZRIXHON L.

DEFINISI SUPERKONDUKTIVITAS adalah suatu fenomena hilangnya hambatan listrik pada suatu material dibawah temperatur kritis.  fenomena superkonduktivitas ditandai dengan hilangnya hambatan listrik ( R = 0), dan pengeluaran medan magnetik dalam material ( B = 0)

Akurensi Superkonduktivitas Histori

Superkonduktivitas

ditemukan oleh Heike Kamerlings Onnes pada tahun 1911. Onnes menemukan bahwa pada temperatur 4,2 K hambatan listrik kawat merkuri hilang

Akurensi Superkonduktivitas Temperatur Kritis ( Tc)  Suhu transisi antara keadaan

NORMAL dengan keadaan SUPERKONDUKSI.  T > Tc, material dalam keadaan normal ( konduktor atau isolator)  T < Tc, material dalam keadaan superkonduksi.  Dalam kedaan superkonduksi, hambatan listrik (resistansi) material hilang/lenyap , R = 0

Akurensi Superkonduktor  Superkonduktivitas dapat terjadi pada beberapa logam,

paduan antar senyawa logam dan semikonduktor  Superkonduktivitas beberapa logam ada yang terjadi hanya pada temperatur Tinggi. Contoh : Cesium ------ 110 kbar, Tc = 1,5 K Silikon ------- 165 kbar, Tc = 8,3 K  Unsur-unsur yang pada suhu kamar merupakan konduktor justru tidak memiliki superkonduktivitas pada suhu rendah. Contoh : tembaga, perak, emas, dan logam alkali (Li, Na dan K).  Superkonduktor yang terdiri dari unsur-unsur tunggal yang dipelopori oleh temuan Onnes disebut dengan superkonduktor tipe-1 (superkonduktor konvensional)

Akurensi Superkonduktivitas Superkonduktor yang sudah ditemukan

Tabel Superkonduktivitas beberapa unsur dan senyawa Unsur Al Merkuri (Hg) Zinc Tin Sn Ta V Pb Nb Th U

Tc (K) 1,19 4,15 0,88 3,72 3,73 4,39 5,1 7,22 8,00 1,3 0,68

Senyawa Nb2Sn Nb3Ge Nb3Al NbN (SN)x polymer V3Ga V3Si Pb1Mo5.1S6 Ti2Co La3In Senyawa keramik YBa2Cu2O3

Tc (K) 18,05 23,2 17,5 16,0 0,26 16,5 17,1 14,4 3,44 10,4 90 125

Destruksi Superkonduktivitas Medan Kritis  Medan magnetik yang cukup

kuat dapat melenyapkan superkonduktivitas pada suatu material superkonduktor  Harga kritis dari medan magnetik untuk menghilangkan superkonduktivitas disebut MEDAN KRITIS (Hc).  Kehadiran medan magnetik mempengaruhi tingginya temperatur kritis

Grafik Ketergantungan Tc terhadap Hc Hc

Normal

Superkonduksi Tc

Destruksi Superkonduktivitas Contoh :  Tanpa medan magnetik, harga Tc dari timbal (Pb) adalah 7,2 K.  Apabila ia dikenai medan sebesar 48000 A/m, maka suhu kritisnya turun menjadi 4 K.  Artinya, kehadiran medan magnetik 48000 A/m, pada suhu 5 K pun, Pb masih dalam keadaan normal.  Medan kritis Hc dinyatakan dalam persamaan : Hc(T) = Hc (0) [ 1 - (T/Tc)2]

Destruksi Superkonduktivitas Arus Kritis Medan kritik ini tidak harus berasal dari luar, tapi juga bisa ditimbulkan oleh medan internal, yaitu jika ia diberi aliran arus listrik. Untuk superkonduktor berbentuk kawat beradius r, arus kritiknya dinyatakan oleh aturan Silsbee :

Ic = 2 phi . r . Hc Jadi pada suhu tertentu ( T < Tc ) , bahan superkonduktor memiliki ketahanan yang terbatas terhadap medan magnet dari luar dan arus listrik yang bisa diangkutnya. Kalau harga-harga kritik ini dilampaui, sifat superkonduktor bahan akan lenyap dengan sendirinya. Ambil contoh untuk kawat Pb beradius 1 mm pada suhu 4 K, agar ia tetap bersifat superkonduktor ia tidak boleh menerima medan magnet lebih besar dari 48000 A/m atau mengangkut arus listrik lebih dari 300 A

Meissner Effect Walter Meissner  Pada tahun 1933, Walter Meissner

dan robert Ochsenfeld menemukan bahwa suatu superkonduktor akan menolak medan magnetik.  Efek meissner terjadi jika suatu superkonduktor didinginkan dalam medan magnetik sampai temperatur transisi.  Medan magnetik luar didistorsi sehingga tidak dapat menembus material superkonduktor

Meissner Effect Keadaan normal (T>Tc) Medan magnetik dalam material ada yaitu hampir sama dengan medan magnetik luarnya suseptibilitas magnetiknya 0 dan permebilitas magnetiknya 1

Superkonduksi (T
Perfect Diamagnetic  Ketiadak hadiran medan magnetik dalam material dikarenakan arus pusaran

yang diinduksi dalam material itu selalu berlawanan dengan perubahan fluks magnetik dari medan magnetik luar ( hukum Lenz)  Bila sebuah material ditempatkan dalam medan magnet luar Ba, maka medan magnetik B dalam material itu berbeda dari Ba karena magnetisasi M (momen magnetik per satuan volum) dalam material itu. (CGS) B = Ba + 4πM (SI)

B = Ba + µ0M

 Hubungan antara magnetisasi M dengan medan dalam material B dapat

dinyatakan dalam suseptibilitas magnetik χm. µ0M = (χm /1+ χm ) B  Pada keadaan superkonduksi χm = -1 dan κ = 1+ χm = 0 maka, medan

magnetik dalam material B = 0

Meissner Effect Levitasi

Sebuah material superkonduktor (lempeng hitam) mengerahkan sebuah gaya tolak pada sebuah magnet, sehingga menopang magnet itu di udara/ magnet mengambang (levitasi)

Hubungan Magetisasi M dengan Medan Magnetik Ba Type-1 superkonductor

Type-2 superconductor

Kapasitas Panas Entopi  Entropi adalah ukuran

ketidak-aturan suatu sistem.  Entropi pada keadaan superkonduksi lebih rendah dari pada keadaan normal, karena elektron lebih teratur daripada keaadaan normal.

Plot Hub. Antara S normal, S superkonduksi terhadap fungsi suhu

Kapasitas Panas  Kapasitas panas elektronik

berbanding lurus terhadap temperatur pada keadaan nonsuperkonduksi.  Pada keadaan transisi superkonduksi, grafik mengalami kenaikan secara diskontinu.  Pada keadaan superkonduksi, kapasitas panas elektroniknya turun secara eksponensial terhadap penurunan suhunya

Energi Gap Normal (insulator)

εf

Superkonduktor

εf

Eg

Eg(T)/Eg(0)

Energi Gap 1

Energi Gap menurun secara kontinu sampai nol ketika temperaturnya dinaikkan sampai pada temperatur transisi.

T/Tc 0

1