Apa itu superkonduktor? Definisi, jenis dan kegunaan

Artículo revisado y aprobado por nuestro equipo editorial, siguiendo los criterios de redacción y edición de YuBrain.


Superkonduktor adalah bahan yang, ketika didinginkan di bawah suhu yang disebut suhu kritis, tiba-tiba kehilangan semua hambatan listriknya, memungkinkannya menghantarkan listrik tanpa kehilangan energi . Bahan-bahan ini juga menunjukkan sifat magnetik yang sangat aneh: mereka adalah zat diamagnetik sempurna, yaitu tidak termasuk garis medan magnet. Ini berarti ketika ditempatkan di dekat magnet, garis-garis medan magnet melewati sisi-sisinya, tetapi tidak menembus material.

Ketika arus listrik diinduksi dalam bahan superkonduktor, seperti kawat melingkar, arus ini terus mengalir tanpa batas selama bahan tersebut tetap dingin. Arus tanpa hambatan ini disebut arus super dan digunakan, antara lain, untuk menghasilkan medan magnet yang sangat kuat.

Superkonduktivitas, yaitu sifat suatu bahan untuk menjadi superkonduktor di bawah suhu kritis, ditemukan pada tahun 1911 dan benar-benar mengejutkan fisikawan pada masa itu. Butuh lebih dari dua dekade sebelum sifat diamagnetiknya (disebut efek Meissner ) ditemukan, dan hampir setengah abad sebelum fisikawan dapat menjelaskan mengapa superkonduktivitas terjadi. Pada tahun 1957 ketika John Bardeen, Leon Cooper dan Bob Schrieffer memecahkan masalah tersebut, yang membuat mereka mendapatkan Hadiah Nobel Fisika pada tahun 1972.

Suhu kritis dan superkonduktor suhu tinggi

Superkonduktor pertama yang ditemukan memiliki suhu kritis hanya 3,6 K, yang setara dengan -269,6 °C. Menghasilkan dan mempertahankan suhu serendah itu sangat sulit, yang telah membatasi penggunaan superkonduktor pada beberapa aplikasi yang sangat spesifik, seperti yang akan kita lihat nanti di artikel ini.

Karena alasan ini, ada ratusan ilmuwan di seluruh dunia yang terus-menerus mengembangkan superkonduktor dengan suhu kritis mendekati suhu kamar. Bahan-bahan ini disebut superkonduktor suhu tinggi.

Kemajuan awal menaikkan suhu kritis beberapa puluh derajat, tetapi baru-baru ini superkonduktor dengan suhu kritis 14,5 °C telah dikembangkan untuk pertama kalinya.

Jenis superkonduktor

Pada dasarnya ada dua jenis superkonduktor, tergantung pada komposisinya dan cara mereka berinteraksi dengan medan magnet.

superkonduktor tipe I

Ini adalah yang pertama ditemukan. Ini adalah elemen murni yang menunjukkan efek Meissner, yaitu menolak medan magnet saat berada di bawah suhu kritis. Secara umum, mereka memiliki suhu kritis tunggal yang merupakan karakteristik dari setiap bahan, dan penurunan hambatan listrik di bawah suhu kritis terjadi secara tiba-tiba.

superkonduktor tipe II

Ini terdiri dari campuran berbagai elemen yang digabungkan untuk membentuk paduan atau bahan keramik yang menunjukkan superkonduktivitas. Apa yang membuat mereka berbeda dari superkonduktor tipe I adalah penurunan hambatan listrik secara bertahap, sehingga mereka memiliki dua suhu kritis: satu saat resistansi mulai turun dan satu lagi saat mencapai nol.

Fitur penting lainnya dari jenis superkonduktor ini adalah jika medan magnet eksternal yang cukup kuat diterapkan, material kehilangan superkonduktivitasnya.

Kegunaan superkonduktor

akselerator partikel

Mungkin aplikasi superkonduktor yang paling mengesankan hingga saat ini adalah di bidang penelitian ilmiah seputar fisika partikel. Superkonduktor digunakan dalam elektromagnet yang menahan pancaran partikel di dalam Large Hadron Collider, salah satu mesin terbesar yang dibuat oleh manusia.

tenaga termonuklir

Fusi nuklir telah menjadi impian sumber energi bersih selama 100 tahun. Namun, agar fusi nuklir dapat terjadi dan untuk mempertahankannya, gas hidrogen dan helium perlu dipanaskan hingga 100 juta derajat Celcius saat berputar di dalam donat berongga yang disebut Tokamak, yang dibatasi oleh elektromagnet kuat yang terbuat dari superkonduktor. .

komputasi kuantum

Salah satu implementasi komputasi kuantum yang paling menjanjikan menggunakan sirkuit superkonduktor, yang penting untuk pengoperasiannya.

superkonduktor dalam komputasi kuantum
Superkonduktor dalam komputasi kuantum

Pencitraan diagnostik medis

Perkembangan superkonduktor telah memungkinkan terciptanya perangkat dan teknik diagnostik pencitraan medis yang sebelumnya tidak mungkin dilakukan. Salah satu teknik tersebut adalah SQUID magnetoencephalography, yang mampu mendeteksi perubahan medan magnet sepersemiliar medan magnet yang dibutuhkan untuk menggerakkan jarum kompas.

Pencitraan baru berkat superkonduktor
Terowongan MRI

pembangkit listrik

Terakhir, aplikasi terbaru lainnya adalah penggunaan generator listrik yang terbuat dari kawat superkonduktor sebagai pengganti kawat tembaga. Generator ini jauh lebih efisien daripada yang konvensional, dan jauh lebih kecil dan lebih ringan.

Referensi

Charles Slichter (2007). Pengantar Sejarah Superkonduktivitas (untuk mahasiswa fisika dan ilmuwan). Diambil dari https://history.aip.org/exhibits/mod/superconductivity/01.html

Castelvecchi, D. (Oktober 2020). Superkonduktor suhu ruangan pertama menggairahkan—dan membingungkan—ilmuwan. Alam 586, 349. Diperoleh dari https://www.nature.com/articles/d41586-020-02895-0

Snider, E., Dasenbrock-Gammon, N., McBride, R.  et al.  (2020). Superkonduktivitas suhu kamar dalam sulfur hidrida berkarbon. Alam  586,  373–377. Diambil dari https://www.nature.com/articles/s41586-020-2801-z#citeas

-Iklan-

mm
Israel Parada (Licentiate,Professor ULA)
(Licenciado en Química) - AUTOR. Profesor universitario de Química. Divulgador científico.

Artículos relacionados

Tes warna api

Definisi suspensi

Contoh sifat kimia