Definisi, Jenis, dan Penggunaan Superkonduktor

Superkonduktor adalah elemen atau paduan logam yang, ketika didinginkan di bawah suhu ambang tertentu, material tersebut secara dramatis kehilangan semua hambatan listrik. Pada prinsipnya, superkonduktor dapat memungkinkan arus listrik mengalir tanpa kehilangan energi (walaupun, dalam praktiknya, superkonduktor yang ideal sangat sulit diproduksi). Jenis arus ini disebut supercurrent.

Suhu ambang di bawah di mana transisi material ke keadaan superkonduktor ditetapkan sebagai T_c, Yang berarti suhu kritis. Tidak semua bahan berubah menjadi superkonduktor, dan bahan yang masing-masing memiliki nilai sendiri T_c.

• Superkonduktor tipe I bertindak sebagai konduktor pada suhu kamar, tetapi ketika didinginkan di bawah T_c, gerakan molekuler di dalam material mengurangi cukup sehingga aliran arus dapat bergerak tanpa hambatan.
• Superkonduktor tipe 2 tidak konduktor yang sangat baik pada suhu kamar, transisi ke keadaan superkonduktor lebih bertahap daripada superkonduktor tipe 1. Mekanisme dan dasar fisik untuk perubahan keadaan ini, pada saat ini, tidak sepenuhnya dipahami. Superkonduktor tipe 2 biasanya senyawa logam dan paduan.
  instagram viewer

Superkonduktivitas pertama kali ditemukan pada tahun 1911 ketika merkuri didinginkan hingga sekitar 4 derajat Kelvin oleh fisikawan Belanda Heike Kamerlingh Onnes, yang membuatnya mendapatkan Hadiah Nobel 1913 dalam bidang fisika. Pada tahun-tahun sejak itu, bidang ini telah berkembang pesat dan banyak bentuk superkonduktor lainnya telah ditemukan, termasuk superkonduktor Tipe 2 pada 1930-an.

Teori dasar superkonduktivitas, Teori BCS, menghasilkan para ilmuwan — John Bardeen, Leon Cooper, dan John Schrieffer — Hadiah Nobel dalam bidang fisika tahun 1972. Sebagian dari Hadiah Nobel dalam bidang fisika diberikan kepada Brian Josephson, juga untuk pekerjaan dengan superkonduktivitas.

Pada Januari 1986, Karl Muller dan Johannes Bednorz membuat penemuan yang merevolusi cara ilmuwan berpikir tentang superkonduktor. Sebelum titik ini, pengertiannya adalah bahwa superkonduktivitas terwujud hanya ketika didinginkan ke dekat nol mutlak, tetapi menggunakan oksida barium, lantanum, dan tembaga, mereka menemukan bahwa itu menjadi superkonduktor pada sekitar 40 derajat Kelvin. Ini memulai perlombaan untuk menemukan bahan yang berfungsi sebagai superkonduktor pada suhu yang jauh lebih tinggi.

Dalam beberapa dekade sejak itu, suhu tertinggi yang telah dicapai sekitar 133 derajat Kelvin (meskipun Anda bisa mencapai hingga 164 derajat Kelvin jika Anda menerapkan tekanan tinggi). Pada Agustus 2015, sebuah makalah yang diterbitkan dalam jurnal Nature melaporkan penemuan superkonduktivitas pada suhu 203 derajat Kelvin ketika di bawah tekanan tinggi.

Superkonduktor digunakan dalam berbagai aplikasi, tetapi terutama dalam struktur Large Hadron Collider. Terowongan yang berisi balok partikel bermuatan dikelilingi oleh tabung yang berisi superkonduktor yang kuat. Supercurrents yang mengalir melalui superkonduktor menghasilkan medan magnet yang intens induksi elektromagnetik, yang dapat digunakan untuk mempercepat dan mengarahkan tim seperti yang diinginkan.

Selain itu, superkonduktor memamerkan Efek Meissner di mana mereka membatalkan semua fluks magnet di dalam material, menjadi diamagnetik sempurna (ditemukan pada tahun 1933). Dalam hal ini, garis-garis medan magnet benar-benar bergerak di sekitar superkonduktor yang didinginkan. Sifat superkonduktor inilah yang sering digunakan dalam eksperimen levitasi magnetik, seperti penguncian kuantum yang terlihat dalam levitasi kuantum. Dengan kata lain, jika Kembali ke masa depan hoverboards gaya pernah menjadi kenyataan. Dalam aplikasi yang kurang biasa, superkonduktor memainkan peran dalam kemajuan modern di Indonesia kereta levitasi magnetik, yang memberikan kemungkinan kuat untuk transportasi umum berkecepatan tinggi yang didasarkan pada listrik (yang bisa saja) dihasilkan menggunakan energi terbarukan) berbeda dengan opsi saat ini yang tidak terbarukan seperti pesawat terbang, mobil, dan batu bara kereta api.

Diedit oleh Anne Marie Helmenstine, Ph. D.