Contoh Bahan Superkonduktor

Bahan superkonduktor adalah bahan yang menunjukkan kemampuan untuk menghantarkan energi listrik tanpa menimbulkan hambatan atau kehilangan energi dalam kondisi tertentu. Kualitas ini disebut Superkonduktivitas, dan Ditemukan pada tahun 1911 oleh Heike Kamerlingh Onnes.

Telah disimpulkan bahwa, saat suhu menurun, resistivitas listrik dari bahan konduktif logam secara bertahap menjadi lebih buruk; Namun, pada konduktor yang biasa digunakan, seperti Tembaga Cu dan Perak Ag, cacat seperti pengotor menghasilkan nilai langit-langit dalam zat. Dalam kasus Tembaga, bahkan mendekati nol mutlak, resistansi non-nol ditampilkan.

Hambatan superkonduktor turun tajam ke nol ketika bahan mendingin di bawah suhu kritisnya. Arus listrik yang mengalir dalam kawat superkonduktor dapat bertahan tanpa batas tanpa sumber daya. Seperti feromagnetisme dan garis spektrum atom, superkonduktivitas adalah fenomena mekanika kuantum.

Karakter Magnetik Superkonduktor

Meskipun sifat superkonduktor yang paling menonjol adalah tidak adanya hambatan, tidak dapat dikatakan bahwa itu adalah bahan dengan konduktivitas tak terbatas. Faktanya, bahan superkonduktor tipe I bersifat diamagnetik sempurna

. Diamagnetisme adalah kualitas bahan yang memungkinkan untuk mengusir medan magnet. Berlawanan dengan Paramagnetisme, yang terdiri dari reaksi terhadap tarikan medan magnet. Ini berarti bahwa medan tersebut tidak memungkinkan untuk ditembus, yang dikenal sebagai efek Meissner.

Medan magnet membedakan dua jenis superkonduktor: tipe I, yang tidak memungkinkan medan magnet luar menembus (yang memerlukan upaya energi tinggi, dan menyiratkan pecahnya keadaan superkonduktor secara tiba-tiba jika suhu kritis terlampaui), dan tipe II, yang merupakan superkonduktor tidak sempurna, dalam arti bahwa medan secara efektif menembus melalui saluran kecil yang disebut pusaran Abrikosov, atau flukson. Kedua jenis superkonduktor ini sebenarnya adalah dua fase berbeda yang diprediksi oleh Lev Davidovich Landau dan Aleksey Alekséyecih Abrikosov.

Ketika medan magnet luar yang lemah diterapkan pada superkonduktor tipe II, ia menolaknya dengan sempurna. Jika ditingkatkan, sistem menjadi tidak stabil dan mulai memperkenalkan vortisitas untuk mengurangi energinya. Vortex-vortex ini semakin bertambah jumlahnya, menempatkan diri mereka dalam jaringan vortex yang dapat diamati dengan menggunakan teknik yang tepat. Ketika medannya cukup besar, jumlah cacatnya sangat tinggi sehingga materialnya tidak lagi menjadi superkonduktor. Ini adalah medan kritis yang menghentikan bahan dari superkonduktor, dan itu tergantung pada suhu.

Karakter Listrik Superkonduktor

Munculnya superdiamagnetisme adalah karena kemampuan material untuk menciptakan arus super. Arus super adalah arus elektron di mana tidak ada energi yang hilang, sehingga dapat dipertahankan selamanya tanpa mematuhi Efek Joule kehilangan energi karena pembangkitan panas. Arus menciptakan medan magnet yang kuat yang diperlukan untuk mempertahankan efek Meissner. Arus yang sama ini memungkinkan energi ditransmisikan tanpa pengeluaran energi, yang merupakan efek paling menonjol dari jenis bahan ini.

Karena jumlah elektron superkonduktor terbatas, jumlah arus yang dapat dibawa material terbatas. Oleh karena itu, ada arus kritis dimana material berhenti menjadi superkonduktor dan mulai menghilangkan energi.

Dalam superkonduktor tipe II, munculnya flukson menyebabkan hal itu, bahkan untuk arus yang lebih rendah Secara kritis, disipasi energi terdeteksi karena tumbukan vortisitas dengan atom kisi.

Superkonduktor Suhu Tinggi

Karena suhu rendah yang dibutuhkan untuk mencapai superkonduktivitas, bahan yang paling umum adalah Mereka biasanya didinginkan dengan helium cair (nitrogen cair hanya berguna saat menangani superkonduktor berkecepatan tinggi). suhu). Perakitan yang diperlukan rumit dan mahal, digunakan dalam beberapa aplikasi, seperti konstruksi elektromagnet yang kuat untuk resonansi magnetik nuklir (NMR).

Di tahun 80-an, mereka ditemukan superkonduktor suhu tinggi, yang menunjukkan transisi fase pada suhu di atas transisi cair-uap nitrogen cair liquid. Ini telah mengurangi biaya dalam mempelajari bahan-bahan tersebut, dan membuka pintu bagi keberadaan bahan-bahan superkonduktor pada suhu kamar, yang berarti revolusi dalam industri dunia kontemporer.

Kerugian utama dari superkonduktor suhu tinggi adalah komposisi keramiknya, yang membuatnya tidak cocok untuk membuat kabel dengan deformasi plastis. Namun, teknik baru telah dikembangkan untuk produksi kaset seperti IBAD (Ion Beam Assisted Deposition). Melalui teknik ini, kabel dengan panjang lebih dari 1 kilometer telah dicapai.

Contoh Aplikasi Superkonduktor

Superkonduktor berperilaku sangat berbeda dari konduktor normal. Ini bukan konduktor yang resistansinya mendekati nol, tetapi resistansinya persis sama dengan nol. Ini tidak dapat dijelaskan oleh model konvensional yang digunakan untuk driver umum, seperti model Drude.

Magnet superkonduktor adalah beberapa elektromagnet paling kuat yang dikenal. Mereka digunakan di kereta maglev (magnetic levitation), di mesin resonansi magnetik nuklir (NMR) di rumah sakit, dan dalam menargetkan berkas akselerator partikel. Mereka juga dapat digunakan untuk pemisahan magnetik, di mana partikel magnetik lemah diambil dari latar belakang partikel yang lebih sedikit atau non-magnetik, seperti dalam industri pigmen.

Superkonduktor juga telah digunakan untuk membuat sirkuit digital dan frekuensi radio dan filter gelombang mikro untuk stasiun pangkalan telepon seluler.

Superkonduktor digunakan untuk membangun persimpangan Josephson, yang merupakan blok bangunan dari SQUIDs (Superconducting Quantum Interference Devices), magnetometer yang paling banyak dikenal peka.

Tergantung pada mode operasi, persimpangan Josephson dapat digunakan sebagai detektor foton atau sebagai mixer. Perubahan besar dalam resistensi transisi dari keadaan normal ke keadaan superkonduktor digunakan untuk membangun termometer dalam detektor foton kriogenik.

Aplikasi yang inovatif dan berwawasan ke depan termasuk transformator kinerja tinggi, penyimpanan energi, transmisi tenaga listrik, motor listrik dan perangkat levitasi magnetis.

Namun, superkonduktivitas sensitif terhadap medan magnet yang bergerak sehingga aplikasi yang menggunakan arus bolak-balik, seperti transformator, akan lebih sulit dibuat daripada yang diumpankan dengan arus teruskan.

Contoh Bahan Superkonduktor

Mereka dapat berupa logam, seperti:

1. Memimpin
2. Timah
3. Zirkonium
4. Air raksa
5. Tungsten
6. Seng
7. iridium
8. Vanadium
9. Titanium
10. Litium
11. Barium
12. Berilium
13. Kadmium
14. Chrome.

Mereka dapat berupa Non-Logam atau Metaloid, seperti:

1. boron
2. Kalsium
3. Karbon
4. silikon
5. Pertandingan
6. Oksigen
7. Sulfur
8. Selenium
9. Arsenik
10. Brom
11. Indian
12. Talium
13. Bismut