Ismunandar dan Cun Sen (Kimia ITB
Superkonduktor
belakangan ini menjadi topik pembicaraan dan penelitian yang paling populer.
Superkonduktor menjanjikan banyak hal bagi kita, misalnya transmisi listrik
yang efisien (tak ada lagi kehilangan energi selama transmisi). Memang saat ini
penggunaam superkonduktor belum praktis, dikarenakan masalah perlunya
pendinginan (suhu kritis superkonduktor masih jauh di bawah suhu kamar).
Tulisan singkat berikut mengajak Anda mengenal lebih jauh superkonduktor.
Superkonduktor
adalah suatu material yang tidak memiliki hambatan dibawah suatu nilai suhu
tertentu. Suatu superkonduktor dapat saja berupa suatu konduktor, semikonduktor
ataupun suatu insulator pada keadaan ruang. Suhu dimana terjadi perubahan sifat
konduktivitas menjadi superkonduktor disebut dengan temperatur kritis (Tc).
Superkonduktor
pertama kali ditemukan oleh seorang fisikawan Belanda, Heike Kamerlingh Onnes,
dari Universitas Leiden pada tahun 1911. Pada tanggal 10 Juli 1908, Onnes
berhasil mencairkan helium dengan cara mendinginkan hingga 4 K atau ? 269oC.
Kemudian pada tahun 1911, Onnes mulai mempelajari sifat-sifat listrik dari
logam pada suhu yang sangat dingin. Pada waktu itu telah diketahui bahwa
hambatan suatu logam akan turun ketika didinginkan dibawah suhu ruang, akan
tetapi belum ada yang dapat mengetahui berapa batas bawah hambatan yang dicapai
ketika temperatur logam mendekati 0 K atau nol mutlak. Beberapa ahli ilmuwan
pada waktu itu seperti William Kelvin memperkirakan bahwa elektron yang
mengalir dalam konduktor akan berhenti ketika suhu mencapai nol mutlak. Dilain
pihak, ilmuwan yang lain termasuk Onnes memperkirakan bahwa hambatan akan
menghilang pada keadaan tersebut. Untuk mengetahui yang sebenarnya terjadi,
Onnes kemudian mengalirkan arus pada kawat merkuri yang sangat murni dan
kemudian mengukur hambatannya sambil menurunkan suhunya. Pada suhu 4,2 K, Onnes
terkejut ketika mendapatkan bahwa hambatannya tiba-tiba menjadi hilang. Arus
mengalir melalui kawat merkuri terus menerus. Kurva hasil pengamatan Onnes
digambarkan pada gambar 1.
Dengan
tidak adanya hambatan, maka arus dapat mengalir tanpa kehilangan energi.
Percobaan Onnes dengan mengalirkan arus pada suatu kumparan superkonduktor
dalam suatu rangkaian tertutup dan kemudian mencabut sumber arusnya lalu
mengukur arusnya satu tahun kemudian ternyata arus masih tetap mengalir.
Fenomena ini kemudian oleh Onnes diberi nama superkondutivitas. Atas
penemuannya itu, Onnes dianugerahi Nobel Fisika pada tahun 1913.
Penemuan
lainnya yang berkaitan dengan superkonduktor terjadi pada tahun 1933. Walter
Meissner dan Robert Ochsenfeld menemukan bahwa suatu superkonduktor akan
menolak medan
magnet. Sebagaimana diketahui, apabila suatu konduktor digerakkan dalam medan magnet, suatu arus
induksi akan mengalir dalam konduktor tersebut. Prinsip inilah yang kemudian
diterapkan dalam generator. Akan tetapi, dalam superkonduktor arus yang
dihasilkan tepat berlawanan dengan medan
tersebut sehingga medan
tersebut tidak dapat menembus material superkonduktor tersebut. Hal ini akan
menyebabkan magnet tersebut ditolak. Fenomena ini dikenal dengan istilah
diamagnetisme dan efek ini kemudian dikenal dengan efek Meissner. Efek Meissner
ini sedemikian kuatnya sehingga sebuah magnet dapat melayang karena ditolak
oleh superkonduktor, gambar 2. Medan
magnet ini juga tidak boleh terlalu besar. Apabila medan magnetnya terlalu besar, maka efek
Meissner ini akan hilang dan material akan kehilangan sifat
superkonduktivitasnya.
Dengan
berlalunya waktu, ditemukan juga superkonduktor-superkonduktor lainnya. Selain
merkuri, ternyata beberapa unsur-unsur lainnya juga menunjukkan sifat
superkonduktor dengan harga Tc yang berbeda. Sebagai contoh,
karbon juga bersifat superkonduktor dengan Tc 15 K. Hal yang
ironis adalah logam emas, tembaga dan perak yang merupakan logam konduktor
terbaik bukanlah suatu superkonduktor.
Pada tahun
1986 terjadi sebuah terobosan baru di bidang superkonduktivitas. Alex Müller
and Georg Bednorz, peneliti di Laboratorium Riset IBM di Rüschlikon,
Switzerland berhasil membuat suatu keramik yang terdiri dari unsur Lanthanum,
Barium, Tembaga, dan Oksigen yang bersifat superkonduktor pada suhu tertinggi
pada waktu itu, 30 K. Penemuan ini menjadi spektakuler karena keramik selama
ini dikenal sebagai isolator. Keramik tidak menghantarkan listrik sama sekali
pada suhu ruang. Hal ini menyebabkan para peneliti pada waktu itu tidak
memperhitungkan bahwa keramik dapat menjadi superkonduktor. Penemuan ini
membuat keduanya diberi penghargaan hadiah Nobel setahun kemudian.
Penemuan
demi penemuan dibidang superkonduktor kini masih saja dilakukan oleh para
peneliti di dunia. Penemuan lainnya yang juga fenomenal adalah berhasil
disintesanya suatu bahan organik yang bersifat superkonduktor, yaitu
(TMTSF)2PF6. Titik kritis senyawa organik ini masih sangat rendah yaitu 1,2 K.
Pada bulan
Februari 1987, ditemukan suatu keramik yang bersifat superkonduktor pada suhu
90 K. Penemuan ini menjadi penting karena dengan demikian dapat digunakan
nitrogen cair sebagai pendinginnya. Karena suhunya cukup tinggi dibandingkan
dengan material superkonduktor yang lain, maka material-material tersebut
diberi nama superkonduktor suhu tinggi.Suhu tertinggi suatu bahan menjadi
superkonduktor hingga saat ini adalah 138 K, yaitu untuk suatu bahan yang
memiliki rumus Hg0.8Tl0.2Ba2Ca2Cu3O8.33.
Superkonduktor
kini telah banyak digunakan dalam berbagai bidang. Hambatan tidak disukai
karena dengan adanya hambatan maka arus akan terbuang menjadi panas. Apabila
hambatan menjadi nol, maka tidak ada energi yang hilang pada saat arus
mengalir. Penggunaan superkonduktor dibidang transportasi memanfaatkan efek
Meissner, yaitu pengangkatan magnet oleh superkonduktor. Hal ini diterapkan
pada kereta api supercepat di Jepang yang diberi nama The Yamanashi MLX01
MagLev train, gambar 3. Kereta api ini melayang diatas magnet superkonduktor.
Dengan melayang, maka gesekan antara roda dengan rel dapat dihilangkan dan akibatnya
kereta dapat berjalan dengan sangat cepat, 343 mph atau sekitar 550 km/jam.
Penggunaan
superkonduktor yang sangat luas tentu saja dibidang listrik. Generator yang
dibuat dari superkonduktor memiliki efisiensi sebesar 99 an ukurannya jauh
lebih kecil dibandingkan dengan generator yang menggunakan kawat tembaga. Suatu
perusahaan amerika, American Superconductor Corp. diminta untuk memasang suatu
sistem penstabil listrik yang diberi nama Distributed Superconducting Magnetic
Energy Storage System (D-SMES). Satu unit D-SMES dapat menyimpan energi listrik
sebesar 3 juta Watt yang dapat digunakan untuk menstabilkan listrik apabila
terjadi gangguan listrik. Untuk transmisi listrik, pemerintah Amerika Serikat
dan Jepang berencana untuk menggunakan kabel superkonduktor dengan pendingin
nitrogen untuk menggantikan kabel listrik bawah tanah yang terbuat dari
tembaga. Dengan menggunakan kabel superkonduktor, arus yang dapat
ditransmisikan akan jauh meningkat. 250 pon kabel superkonduktor dapat
menggantikan 18.000 pon kabel tembaga mengakibat efisiensi sebesar 7000 ari
segi tempat.
Dibidang
komputer, superkonduktor digunakan untuk membuat suatu superkomputer dengan
kemampuan berhitung yang fantastis. Di bidang militer, HTS-SQUID digunakan
untuk mendeteksi kapal selam dan ranjau laut. Superkonduktor juga digunakan
untuk membuat suatu motor listrik dengan tenaga 5000 tenaga kuda.
Berdasarkan
perkiraan yang kasar, perdagangan superkonduktor di dunia diproyeksikan untuk
berkembang senilai $90 trilyun pada tahun 2010 dan $200 trilyun pada tahun
2020. Perkiraan ini tentu saja didasarkan pada asumsi pertumbuhan yang linear.
Apabila superkonduktor baru dengan suhu kritis yang lebih tinggi telah
ditemukan, pertumbuhan dibidang superkonduktor akan terjadi secara luar biasa.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar