usul penelitian - IPB Repository

I. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang.
Superkonduktor adalah bahan dengan
konduktivitas tak hingga, karena sifat
resistivitas nol yang dimilikinya dan dapat
melayang dalam medan magnet. Kedua sifat
ini tampak pada saat bahan ini berada di
bawah kondisi parameter kritisnya, yaitu
kondisi yang harus dipenuhi agar bahan
menampakkan
kedua
sifat
tersebut.
Karenanya orang berlomba-lomba untuk
meningkatkan parameter kritis dari bahan
ini.
Gejala superkonduktivitas berhasil
diamati mula-mula pada tahun 1911 oleh
fisikawan Belanda. Heike Kammerlingh
Onnes. Onnes mengamati bahwa hambatan
listrik pada merkuri tiba-tiba turun drastis
menjadi nol saat didinginkan mendekati 4,2
K suhu
dimana terjadi transisi
superkonduksi disebut suhu transisi kritis,
Tc (Kittel, 1996). Selama 75 tahun pertama
sejak
ditemukan,
perkembangan
superkonduktor sangat lambat dan kurang
memuaskan, Tc tertinggi yang berhasil
dicapai hanya sekitar 23,3 K yang
ditemukan pada Nb3Ge, sejenis alloy.
Superkonduktor
ini
dikenal
dengan
superkonduktor suhu rendah (Tc < 30 K).
baru pada tahun 1986 berhasil ditemukan
superkonduktor baru berbasis keramik yaitu
La2-xBaxCuO4 dengan x = 0,15 oleh Karl
Alex Muller dan Johannes George Benorz
dengan Tc sekitar 30 K, selanjutnya bahan
ini sering disebut superkonduktor keramik.
Penemuan ini memiliki arti yang sangat
penting mengingat selama ini bahan
superkonduktor hanya berbasis pada logam
murni dan alloy.
Peristiwa ini menjadi pendorong
dilakukannya penelitian untuk mendapatkan
Tc tinggi dari bahan oksida keramik, maka
dimulailah
masa
penerobosan
baru
superkonduktor. Terbukti tahun 1987, M.K
Wu dan kawan-kawan mengganti Lantanum
(La) dengan Ytrium (Y) sehingga terbentuk
bahan superkonduktor baru dengan Tc yang
cukup tinggi, sekitar 93 K yaitu Yba2Cu3O7x.
Penemuan superkonduktor Tc tinggi ini
kemudian disusul dengan ditemukannya
senyawa Bi-Sr-Ca-Cu-O (Tc = 110 K). TiBa-Ca-Cu-O (Tc = 125 K), dan Hg-Ba-CaCu-O (Tc = 133 K). Semua bahan ini
disebut
superkonduktor
suhu
tinggi
(Bourdillon, 1994).
Untuk
membuat
superkonduktor
berkualitas
tinggi,
berbagai
metode
pembuatan dilakukan diantaranya reaksi
padat (solid state reaction), presipitasi
(kontaminasi endapan oleh zat lain yang
larut dalam pelarut), sol gel dan proses
pelelehan (melt-textured growth). Secara
konvensional pembuatan sistem keramik
oksida dikerjakan dengan reaksi padat,
reaksi ini selain berjalan lambat juga
membutuhkan perlakuan suhu tinggi yang
memungkinkan sebagian atau seluruh
bahan-bahan penyusun meleleh sehingga
mengakibatkan perubahan ke fase yang
tidak diinginkan. Metode Evaporasi dikenal
dapat menghasilkan butir keramik oksida
dengan kemurnian tinggi sampai ukuran
submikron, homogen, sinteraktif dan
memberi peluang untuk skala produksi.
Keunggulan dari proses ini diantaranya
kualitas cuplikan yang baik, waktu
pembuatan yang singkat dan kehomogenan
yang dapat terus ditingkatkan dengan
kalsinasi berulang, terjadinya pengarahan
butir ke suatu arah dan terjadinya
pengendalian fasa non superkonduksi yang
menjadi sumber pusat-pusat jepitan fluks
sehingga Jc dapat meningkat. Dengan
metode ini diharapkan dapat terbentuk
superkonduktor
yang
stoikiometris
berukuran
butir
sangat
kecil
dan
memperbaiki sifat fisisnya yaitu efek
Meissner, konduktifitas, morfologi, struktur
fasa, dan lain-lain. Untuk itu hasil sintesa
dikarakterisasi dengan uji effek Meissner,
impedance conductance resistance meter
(LCR), X-ray difractometer (XRD), dan
scanning electron microscopy (SEM).
1.2 Tujuan Penelitian.
1. Mempelajari pembuatan superkonduktor
YBa2Cu3O7-x dengan metode evaporasi
sebagai proses optimalisasi sintesa
material superkonduktor.
1
2. Mengetahui sifat magnetik bahan
melalui pengujian efek Meissner dan
meneliti konduktivitas bahan melalui
penentuan
Tc
superkonduktor
YBa2Cu3O7-x .
1.3 Waktu dan Tempat.
Penelitian ini dilakukan selama bulan
Juni 2009 sampai September 2009.
Bertempat
di
Laboratorium
Bidang
Karakterisasi dan Analisis Nuklir PTBIN
BATAN, Kawasan PUSPITEK Serpong.
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Superkonduktivitas
Superkonduktivitas
adalah
suatu
fenomena hilangnya hambatan listrik pada
suatu material dibawah temperatur kritis.
Superkonduktivitas
dapat
diamati
berdasarkan sifat listrik dan sifat magnetnya,
yakni berturut-turut dapat menghantarkan
arus listrik tanpa hambatan dan dapat
menolak medan magnet. Jika sampel
menampilkan kedua sifat tersebut maka
bahan
tersebut
merupakan
bahan
superkonduktor.
2.2 Sifat Listrik
Resistivitas
listrik
dari
bahan
superkonduktor turun drastis secara tiba-tiba
jika bahan tersebut didinginkan menuju suhu
yang sangat rendah, sekitar suhu helium cair
untuk logam atau suhu nitrogen cair untuk
oksida keramik. Gejala superkonduktivitas
bahan mula-mula teramati oleh Heikke
Kammerlingh Onnes tahun 1911 pada
merkuri. Resistivitas listrik merkuri tiba-tiba
menurun drastis menuju nol saat suhunya
diturunkan mencapai 4,2 K yaitu suhu
kritisnya (Kittel, 1996). Gambar 1
memperlihatkan fenomena tersebut.
Gambar 1. Resistivitas pada merkuri
Terjadinya resistansi nol adalah karena
arus dibawa oleh elektron-elektron yang
berpasangan (pasangan cooper). Teori
pasangan cooper ini dikemukakan oleh
Bardeen, Cooper dan Schrieffer pada tahun
1957 yang dikenal sebagai teori BCS.
Pasangan cooper ini terbentuk karena
adanya tarik menarik antara elektron yang
disebabkan adanya ion positif dalam kristal
yang merespon perjalanan elektron-elektron
tersebut, dimana ketika sebuah elektron
(elektron 1) lewat dekat sebuah ion positif
maka akan ada tarikan sesaat antara elektron
1 dengan ion positif tersebut.sehingga
memodifikasi vibrasi ion positif yang
menghasilkan gelombang elastik berupa
fonon. Fonon yang dirasakan oleh elektron 1
secara fisis akan dihapus oleh elektron 2,
sehingga terjadi gaya tarik menarik diantara
elektron-elektron tersebut. Energi tarik
menarik ini lebih besar dari gaya tolak
diantara keduanya tetapi cukup kecil
terhadap gangguan energi termal pada saat
suhu lebih kecil dari suhu kritisnya.
Pasangan cooper ini bergerak dalam suatu
gerak koheren tunggal, gangguan lokal
seperti impuritas yang dalam keadaan
normal menyebabkan timbulnya resistivitas
tidak dapat berbuat demikian pada pasangan
cooper
tersebut
(dalam
keadaan
superkonduksi) pasangan tersebut bergerak
2