Apa Itu Superkonduktor ?
Superkonduktor adalah bahan yang memiliki kemampuan untuk menghantarkan arus listrik tanpa resistansi atau kehilangan energi ketika dioperasikan di bawah suhu tertentu yang disebut suhu kritis. Pada suhu ini, superkonduktor mengalami transisi fase dari keadaan konduktor biasa menjadi keadaan superkonduktor, di mana hambatan listrik secara tiba-tiba menghilang demikian hingga hambatan aliran elektron yang mengalir pada media tertentu hilang sama sekali. Dalam keadaan superkonduktif, material menunjukkan dua sifat yang sangat penting yaitu:
Hilangnya Resistansi: bahan di bawah suhu kritis, hambatan listrik dalam bahan superkonduktor menghilang sepenuhnya sedemikian arus listrik dapat mengalir melalui superkonduktor tanpa kehilangan energi dalam bentuk panas. Secara teknis, resistansi menjadi nol, memungkinkan arus berkelanjutan tanpa penurunan tegangan.
Efek Meissner: bahan selain menghilangkan resistansi, superkonduktor juga menunjukkan fenomena yang dikenal sebagai efek Meissner, yaitu pengusiran medan magnet dari interior material., efek ini menyebabkan medan magnet tidak dapat menembus bagian dalam superkonduktor dan hanya berada di luar permukaan. Efek khas ini menyebabkan superkonduktor dapat melayang di atas magnet jika ditempatkan dengan benar. (Bardeen, J., Cooper, L. N., & Schrieffer, J. R. (1957). Theory of Superconductivity. Physical Review, 108(5), 1175-1204 dan Tinkham, M. (2004). Introduction to Superconductivity. Dover Publications)
Cara Kerja Superkonduktor
Superkonduktor bekerja pada prinsipnya ketika suhu diturunkan mencapai titik kritis, elektron pasangan bergabung untuk bergerak bebas melalui jaringan material tanpa hambatan. Pada suhu kritis tersebut elektron-elektron bergerak melalui material tanpa menghasilkan panas dan juga menghasilkan medan magnet yang kuat, yang memainkan peran penting dalam beberapa aplikasi teknologi modern, seperti kereta cepat dan sebagainya.
Sifat bahan pada Suhu Rendah: Perubahan struktur elektron Superkonduktor Ketika suhu bahan turun di bawah suhu kritisnya, struktur mikroskopisnya mengalami perubahan signifikan berbeda pada suhu tinggi, elektron dalam bahan bergerak secara acak dan mengalami tumbukan dengan atom dalam kisi kristal menyebabkan resistansi meningkat. Di bawah suhu kritis, elektron semikonduktor tidak lagi bergerak secara acak tetapi mulai membentuk pasangan khusus yang dikenal sebagai pasangan Cooper yang terdiri dari dua elektron yang berpasangan dengan spin dan momentum yang berlawanan disebabkan adanya interaksi tarik-menarik yang sangat lemah, yang dikenal sebagai interaksi fonon-elektron fenomena ini menyebabkan elektron bergerak dengan cara yang terkoordinasi. Kondisi Koheren dimanan Pasangan Cooper bergerak dalam bentuk gelombang koheren di seluruh material, membentuk apa yang disebut sebagai "kondensat Bose-Einstein", keadaan ini, pasangan Cooper tidak mengalami tumbukan dengan atom dalam kisi kristal karena mereka bergerak secara kolektif sebagai satu kesatuan. Akibatnya, resistansi listrik secara efektif menghilang. Dalam Teori BCS (Bardeen-Cooper-Schrieffer) yang dikembangkan oleh John Bardeen, Leon Cooper, dan Robert Schrieffer pada tahun 1957, menjelaskan mekanisme ini secara rinci pasangan Cooper yang bergerak melalui kisi kristal tanpa kehilangan energi karena tidak ada interaksi dari gangguan dalam struktur (Bardeen, J., Cooper, L. N., & Schrieffer, J. R. (1957). Theory of Superconductivity. Physical Review, 108(5), 1175-1204 dan Tinkham, M. (2004). Introduction to Superconductivity. Dover Publications.CS.). Sifat Superkonduktor yang istimewa seperti resistansi nol dan efek Meissner memungknkan medan magnet di dalam material dieliminasi.
Penggunaan Superkonduktor
a. Magnet Superkonduktor, digunakan dalam teknologi pencitraan resonansi magnetik (MRI) memungkinkan untuk menciptakan medan magnet yang jauh lebih kuat daripada magnet konvensional, tanpa memerlukan banyak energi. untuk menghasilkan medan magnet yang sangat kuat dan stabil sehingga menghasilkan gambar yang jelas dari bagian dalam tubuh manusia.
b. Kereta Maglev (Magnetik Levitasi), menggunakan superkonduktor untuk mencapai levitasi di atas rel, menghilangkan gaya gesek yang memungkinkan kecepatan kereta sangat tinggi. Teknologi ini memanfaatkan efek Meissner untuk mengapungkan kereta di atas rel magnetik dan ditopang gaya Lorentz untuk mendorong kereta maju. Kereta maglev di Jepang dan China adalah contoh penerapan praktis superkonduktor dalam transportasi.
c. Jaringan Energi Listrik, kabelsuperkonduktor untuk transmisi energi untuk mengurangi kehilangan daya selama transmisi listrik jarak jauh dengan efisiensi yang sangat tinggi dibandingkan dengan kabel tembaga atau aluminium konvensional,
d. Komputer dan Elektronik Kuantum, Superkonduktor diaplikasikan dalam sirkuit komputer kuantum dan memori untuk meningkatkan kecepatan dan efisiensi. Qubit, unit dasar informasi kuantum, dapat dibuat dari bahan superkonduktor, memungkinkan perkembangan komputer kuantum dengan kapasitas pemrosesan yang sangat tinggi.
e. Penelitian dan Eksperimen Fisika, Superkonduktor digunakan dalam akselerator partikel dan detektor fisika untuk mempelajari partikel subatomik. Contohnya adalah detektor di Large Hadron Collider (LHC) yang menggunakan magnet superkonduktor untuk membengkokkan jalur partikel dan mempercepatnya hingga kecepatan tinggi, memungkinkan ilmuwan untuk mempelajari interaksi fundamental di alam semesta. (Tesar, J. (2007). Superconducting Magnets for MRI. Superconductor Science and Technology, 20(10), S118-S128; Iwasa, Y. (2000). High-Speed Magnetic Levitation Systems. IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 10(1), 1200-1204; Devoret, M. H., & Schoelkopf, R. J. (2013). Superconducting Circuits for Quantum Information: An Outlook. Science, 339(6124), 1169-1174. dan Kirschner, J. (2020). Superconducting Cables in Power Grids. Energy Reports, 6, 173-185.
Kesimpulan
Superkonduktor adalah inovasi teknologi yang dapat mengubah cata dan design konduktor untuk menghasilkan aliran elektron tanpa hambatan dengan efisiensi yang sangat tinggi yang dapat diaplikasikan di berbagai bidang, seperti medis, transportasi, telekomunikasi dan sistem elektronik dan lainny. Pemahaman lebih mendalam tentang cara kerja dan sifat-sifatn Superkondukto akan dapat memperolah lebih banyak lagi aplikasi superkonduktor di masa depan yang akan membawa manfaat besar dalam kehidupan sehari-hari.
Untuk memperoleh informasi lebih lanjut, kunjungi Podcast Halolaw
Jayadi Sirun
(Forensic Expert