Saat kita sekolah dan belajar IPA, kita telah mengenal sifat benda terhadap daya hantar listriknya. Sejak di sekolah dasar kita telah belajar adanya 2 jenis benda berdasarkan daya hantar listriknya, yakni konduktor dan isolator. Konduktor merupakan benda yang dapat menghantarkan listrik sedangkan isolator merupakan benda yang tidak dapat menghantarkan arus listrik. Saat sekolah menengah (SMP dan SMA), kita mendapat satu tambahan jenis benda lagi, yakni semikonduktor. Semikonduktor merupakan sifat benda yang berada diantara konduktor dan isolator. Dia dapat bertindak sebagai konduktor jika pada kondisi tertentu dan bertindak sebagai isolator pada kondisi tertentu pula. Kegunaan benda-benda semikonduktor dalam kehidupan sehari-hari sangatlah banyak. Kartu chip ponsel anda, pembangkit listrik tenaga surya dan transistor adalah benda-benda yang memanfaatkan sifat semikonduktor.
[caption id="attachment_289321" align="aligncenter" width="300" caption="Aplikasi Semikonduktor"][/caption]
Namun tahukah anda bahwa ada satu sifat lagi yang memiliki sifat istimewa. Sifat yang sebenarnya sangat bermanfaat bagi kehidupan kita. Sifat tersebut adalah sifat superkonduktor. Apa itu superkonduktor?Superkonduktor adalah material yang memiliki resistansi (tahanan) listrik sama dengan nol. Apa yang menyebabkan superkonduktor begitu istimewa?
[caption id="attachment_289319" align="aligncenter" width="400" caption="Kereta Maglev (Magnetic Levitation) yang Memanfaatkan Kerja Superkonduktor"]
Keistimewaannya tidak lain dan tidak bukan adalah kemampuannya untuk menghantarkan listrik di bawah temperatur kritik tanpa adanya resistansi. Artinya, kemampuan materi superkonduktor dalam menghantarkan listrik sangat baik saat suhunya di bawah temperatur kritik. Temperatur kritik sendiri adalah temperatur kritik sendiri merupakan temperatur saat resistansi listrik suatu material turun drastis. Mudahnya ketika berada di bawah temperatur kritis maka hambatan untuk menghatarkan arus listrik menjadi lemah dan turun drastis.
Mengapa superkonduktor bisa melakukan hal tersebut?
Ada dua penjelasan mengenai hal ini, yakni Teori BCS dan Efek Meissner
Teori BCS
Teori ini dikemukakan oleh trio ilmuwan Amerika yakni John Bardeen, Leon Cooper, dan Robert Schrieffer. Sebelum membahas teori ini kita pelajari dulu tentang sifat logam yang dapat bertindak sebagai konduktor. Pada logam terdapat ion-ion logam yang tersusun secara teratur dan berulang. Jika diibaratkan, susunan logam ini seperti pada permainan rubik. Di sekitar ion-ion logam terdapat awan elektron dari valensi atom-atom logam. Saat logam bertindak sebagai konduktor di atas temperatur kritik maka akan terjadi transfer energi antara elektron-elektron dengan ion-ion logam sehingga terjadi resistans listrik. Analoginya seperti pada sungai yang mengalir maka perahu yang terdapat di sana akan ikut bergerak.
[caption id="attachment_289322" align="aligncenter" width="252" caption="Pencetus Teori BCS : Bardeen, Cooper, dan Schieffer"]
Namun menurut teori BCS, kemampuan logam untuk mengahantarkan listrik di bawah titik kritik berbeda saat masih di atas titik kritik. Mengapa bisa begitu? Saat masih berada di atas titik kritik, elektron-elektron pada logam masih jomblo, artinya masih terpisah satu sama lain.  Hal berbeda saat berada di bawah titik kritik. Elektron yang jomblo tadi membentuk pasangan dengan satu elektron di sekitarnya. Pasangan ini disebut pasangan Cooper (Cooper pairs). Pembentukan pasangan ini tampaknya menyalahi kaidah elektrostatis karena dengan muatan yang sama  seharusnya antar elektron saling bertolakan. Analoginya seperti pasangan homoseksual yang logikanya  antara pria dengan pria saling bertolakan namun justru berpasangan. Lho kok malah membahas homoseks, kembali ke topik.
Rupanya pembentukan pasangan homoseks eh pasangan Cooper tadi dibantu oleh gaya tarik antara elektron dengan kisi ion-ion logam yang disebut dengan istilah Phonons. Ketika elektron pertama pada Cooper Pairs melewati inti atom kisi, elektron yang mendekati inti atom kisi akan bergetar dan memancarkan Phonon. Elektron lainnya menyerap Phonon. Pertukaran Phonon ini mengakibatkan gaya tarik menarik antar elektron. Pasangan elektron ini akan melalu kisi tanpa gangguan dengan kata lain tanpa hambatan. Dengan adanya pasangan Cooper, dua elektron tadi memiliki tingkat energi yang lebih rendah dibandingkan saat tidak berpasangan. Mereka lebih enjoy melakukan hubungan sejenis daripada jomblo (eh apaan sih???). Akibatnya, momentum dan spin dua elektron tersebut adalah nol yang menyebabkan tidak adanya transfer energi saat terjadi hamburan elektron. Dan, resistansi listrik tidak terjadi. Arus listrik dapat mengalir tanpa pengurangan energi.
[caption id="attachment_289325" align="aligncenter" width="231" caption="Pergerakan Pasangan Cooper pada Superkonduktor"]
Pada temperatur di bawah titik krtitik, energi termal belum mampu memisahkan dua elektron dalam pasangan Cooper. Â Mereka masih aja so sweat memadu cinta. Saat diberikan tegangan kecil pada logam maka akan terjadi arus listrik dengan resistensi nol (tidak adanya hambatan listrik yang terjadi). Nah inilah yang disebut benda superkonduktor.
Saat temperatur dinaikkan, maka dua elektron yang pacaran tadi putus dan menjomblo lagi seperti -sebelumnya. Sifat superkonduktorpun hilang. Selain kenaikan temperatur, elektron-elektron pada pasangan Cooper juga dapat dipisahkan dengan adanya medan magnetik dari luar (eksternal). Adanya pihak ketiga yang disebut dengan medan kritik (Hc) dapat membuat gonjang-ganjing pasangan Cooper sehingga terpisah. Medan kritik ini merupakan kekuatan medan magnetik eksternal minimal untuk memisahkan elektron-elektron pada pasangan Cooper tadi. Jika kita ingin kepo terhadap sifat superkonduktor suatu material, maka pada material tersebut harus dikenakan medan magnet eksternal di bawah Hc.
Inilah salah satu teori mengenai superkonduktor. Masih ada teori lagi yang akan saya bahas berikutnya. Pada pembahasan selanjutnya kita akan bermain-main dengan levitasi.
Sekian, mohon maaf jika ada kekurangan dan kesalahan. Salam
Selanjutnya >>>: Levitasi dalam Superkonduktor
Sumber:
1.Effendy. 2008. Logam, Aloi, Semikonduktor, dan Superkonduktor. Malang: Bayumedia Publishing
2.http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/solids/scond.html
Sumber gambar:
Baca konten-konten menarik Kompasiana langsung dari smartphone kamu. Follow channel WhatsApp Kompasiana sekarang di sini: https://whatsapp.com/channel/0029VaYjYaL4Spk7WflFYJ2H
