SUPERKONDUKTOR

Membayangkan hidup di dunia imajinasi seperti di film-film animasi sains fiksi tentunya suatu hal yang sangat menyenangkan. Pikiran kita akan termanjakan dengan teknologi masa depan yang mungkin sulit untuk kita jangkau saat ini. Misalnya kita akan terpesona dengan mobil-mobil masa depan yang dapat melayang diudara seperti pada film animasi Stand by Me Doraemon atau Astroboy. Kita juga dapat melihat kursi melayang diudara di film animasi Wall-E.

Gambar 1. Contoh kendaraan melayang pada film Stand by Me, Astroboy dan Wall E (sumber: google.com)

Kendaraan yang melayang pada film animasi tersebut dulu mungkin hanyalah khayalan semata. Akan menjadi tantangan yang berat untuk mempertahaan keadaan kendaraan melayang terus-menerus melawan gravitasi tanpa menggunakan energi yang sangat tinggi. Hal ini jelas sangatlah tidak efisien. Misalnya apabila kita menggunakan mesin pendorong, maka akan diperlukan kecepatan tinggi dan desain aerodinamis seperti pada pesawat terbang yang berujung pada pemborosan energi dan tentunys akan menjadi kendaraan yang tidak aman. 

Impian para ilmuan untuk mewujudkan kendaraan melayang, saat ini selangkah menuju kenyataan setelah ditemukannya material yang menunjukkan gejala menolak medan magnet, yaitu material superkonduktor. Hal ini tentunya memberikan kabar yang sangat menggembirakan bagi khalayak ilmiah untuk mengembangkan teknologi mutakhir termasuk kendaraan melayang seperti yang telah digambarkan pada film-film sains fiksi. Lalu apakah benar-benar bisa kita wujudkan? Jika iya bagaimana caranya?

Untuk menjawab pertanyaan tersebut, perlu kita pahami apakah itu material superkonduktor. Material superkonduktor adalah material memiliki gejala superkonduktivitas. Superkonduktivitas dapat kita uraikan dari kata "super" yang berarti sangat, dan "konduktivitas" yang berarti daya hantar listrik. Berdasarkan dua kata tersebut dapat kita pahami bahwa superkonduktitas adalah kemampuan suatu bahan dalam menghantarkan listrik yang sangat tinggi. Arus listrik didalam bahan ini nyaris konstan tanpa mengalami penurunan setiap waktu, yang berarti resistivitas (hambatannya) nyaris tidak ada. 

Secara fisis telah kita pahami bahwa resistivitas bahan bergantung pada temperatur. Kita tentu sudah kenal sekali dengan persamaan berikut:

ρ(T)=ρ₀(1+αΔT)                    (1)

dimana ρ adalah resistivitas (Ω), ρ₀ adalah resistivitas bahan murni (Ω), dan α adalah koefisien resistivitas temperatur (Ω/°C). Menurut fisika klasik, saat temperatur bahan mendekati nol absolut (0 K), resistivitas bahan akan tetap yaitu sama dengan resistivitas bahan dasarnya (murni dan impuritas). Logam konduktor biasa memiliki sifat demikian.  Pada material semikonduktor, sebaliknya gejala superkonduktivitas muncul dimana pada material ini resistansinya nyaris tidak ada dimana Fisika klasik tidak mampu menjawabnya. Penasaran bukan? Akan tetapi disini kita tidak akan membahasnya.

Material superkonduktor pertamakali ditemukan oleh Heike Kamerlingh Onnes pada tahun 1911 saat mempelajari resistansi logam merkuri pada temperatur yang sangat rendah. Untuk mencapai suhu yang sangat rendah cryogenic, Beliau menggunakan helium cair sebagai pendinginnya. Saat temperatur 4,2 K gejala superkonduktivitas muncul dimana resistansi logam nyaris nol.

Hal yang menarik dari material superkonduktor adalah munculnya fenomena tertolaknya magnet dari material semikonduktor. Besarnya gaya tolakan tersebut menurun secara eksponensial terhadap jarak antara logam dan material superkonduktor, yang membuat magnet dapat melayang diatas permukaan material superkonduktor. 

Gambar 2. Fenomena efek Meissener material superkonduktor

Hal yang menarik lainnya adalah adanya temperatur kritis pembentukan material superkonduktor. Temperatur kritis secara sederhana dapat diartikan sebagai temperatur pembentukan material semikonduktor. Pada temperatur ini secara drastis resistansi bahan (hambatannya) akan mendekati nol. Temperatur ini beragam nilai bergantung pada jenis bahan semikonduktor. Misalnya material superkonduktor BaPb_1-xBi_xO₃ memiliki temperatur kritis maksimal sebesar 13 K (-262 °C), sementara Stronsium titranat SrTiO₃ temperatur kritisnya mencapai 80 K (-195 °C), Para ilmuan berusaha meningkatkan nilai temperatur kritis mendekati suhu ruang. Beragam metode yang terus diupayakan para ilmuan untuk meningkatkan temperatur kritis T_c seperti mencari bahan baru, mengembangkan metode sintesis atau memberikan impuritas pada material superkonduktor. 

Suatu tantangan yang terbuka bagi calon peneliti untuk mengembangkan material superkonduktor yang memiliki temperatur pada temperatur ruang. Tantangan ini terbuka baik secara teoretik maupun eksperimen, yang mana peluang meraih nobel sangat tinggi bagi yang mampu menjawabnya. Tentunya apabila tantangan tersebut telah terjawab langkah kita untuk menikmati kendaran melayang akan segera terwujud. Superkomputer dengan ukuran minipun mungkin bisa segera terwujud. Jalan dan kendaraan membutuhkan teknologi yang efisien, sementara superkomputer membutuhkan chip yang memiliki efiensi yang tinggi dan semua mungkin terwujud apabila Tantangan tersebut terjawab.

SEMOGA BERMANFAAT

Share this post