Superkonduktivitas adalah bagian keren dari fisika yang digunakan dalam banyak faktor kehidupan kita. Jika para ilmuwan dapat menemukan suhu ruangan dan superkonduktor tekanan, itu akan merevolusi teknologi. Sayangnya, ini telah terbukti menjadi tugas yang sangat sulit dan mungkin tidak mungkin sama sekali.
Apa itu superkonduktivitas?
Konduktor listrik adalah bahan yang dapat menghantarkan listrik. Setiap bahan memiliki hambatan listriknya sendiri yang merupakan ukuran perlawanannya terhadap aliran arus listrik. Bahan dengan resistansi tinggi adalah konduktor yang buruk dan sebaliknya.
Superkonduktivitas adalah fenomena fisika di mana suatu bahan memiliki hambatan listrik nol. Dalam keadaan ini, ada sejumlah efek yang menarik dan bermanfaat. Superkonduktor yang tidak memiliki hambatan berarti bahwa arus listrik dapat melewatinya tanpa kehilangan energi atau memanaskannya. Hal ini dapat memungkinkan transmisi dan penyimpanan energi yang sangat efisien.
Superkonduktor juga dapat membuat magnet yang sangat kuat, contohnya dapat ditemukan di mesin MRI dan akselerator partikel. Eksperimen telah menunjukkan bahwa arus listrik pada magnet ini dapat bertahan selama bertahun-tahun tanpa penurunan kekuatan yang terukur. Penelitian menunjukkan bahwa arus akan stabil setidaknya selama 100.000 tahun, dengan beberapa perkiraan memprediksi bahwa arus akan dapat bertahan lebih lama dari perkiraan masa pakai semesta.
Ketika ditempatkan di atas magnet, superkonduktor membentuk medan magnet yang sama yang menolak magnet. Hal ini memungkinkan superkonduktor untuk melayang sempurna di atas atau di bawah magnet atau bahkan di sepanjang jalur magnet.
Persyaratan superkonduktivitas
Sebuah bahan hanya mulai superkonduktor di bawah suhu tertentu, di mana hambatan listriknya tiba-tiba turun ke nol. Sayangnya, semua superkonduktor yang diketahui hanya menjadi superkonduktor pada suhu yang sangat dingin. Superkonduktor “Suhu tinggi” didefinisikan sebagai bahan yang berperilaku sebagai superkonduktor di atas suhu nitrogen cair (73K atau -200 °C). Suhu yang tepat di mana hambatan listrik material turun ke nol disebut "Suhu kritis".
Tip: Elemen fisika yang sangat dingin umumnya diukur dalam Kelvin (K). Satu Kelvin setara dengan satu derajat Celcius, tetapi skala Kelvin dimulai dari nol mutlak, atau -273,15 °C.
Superkonduktor suhu tertinggi yang ditemukan, pada 2020, adalah Hg12Tl3ba30Ca30Cu45HAI127 yang memiliki suhu kritis 138K atau -135 ° C pada satu atmosfer tekanan.
Suhu bukan satu-satunya faktor penting dalam superkonduktivitas, tekanan juga berperan dalam sejumlah superkonduktor. Hidrogen sulfida (H2S) memiliki suhu kritis hanya 203K (-70 °C), dan lantanum decahydride (LAH10) memiliki suhu kritis 250K (-23°C). Sayangnya, bahan-bahan ini harus berada pada tekanan yang sangat tinggi untuk menjadi superkonduktif, dengan H2S membutuhkan tekanan 986.923 atmosfer dan LaH10 membutuhkan 1.677.770 atmosfer.
Tip: Tekanan pada skala ini umumnya diukur dalam GPa atau Giga-pascals dengan angka masing-masing 100 GPa dan 170 GPa. Untuk membantu membuat nilai ini lebih mudah dipahami, nilai ini telah diubah menjadi atmosfer. Salah satu tekanan atmosfer adalah tekanan udara rata-rata di permukaan laut di Bumi. Sebagai perbandingan, tekanan di titik terdalam lautan Bumi, Challenger Deep di Palung Mariana, adalah 1.071 atmosfer pada 10.994 meter di bawah permukaan laut.
Potensi penggunaan di masa depan untuk superkonduktor suhu kamar
Istilah "superkonduktor suhu kamar" digunakan untuk merujuk pada bahan potensial masa depan yang menunjukkan superkonduktivitas pada suhu di atas 273K atau 0 °C. Untuk menjadi sangat berguna di dunia nyata, bahan-bahan ini juga harus superkonduktif pada atau di dekat satu atmosfer tekanan.
Superkonduktor suhu kamar akan membantu mengurangi masalah energi dunia dengan hampir menghilangkan energi listrik yang hilang selama transmisi jarak jauh melalui saluran listrik. Mereka juga akan memungkinkan komputer yang lebih cepat dan perangkat penyimpanan memori bersama dengan sensor ilmiah yang lebih sensitif. Akan menjadi jauh lebih murah untuk menjalankan magnet super kuat yang digunakan pada perangkat seperti akselerator partikel, mesin MRI, prototipe reaktor fusi nuklir, dan kereta maglev, karena magnet tidak memerlukan nitrogen cair untuk mendinginkan superkonduktor cukup untuk kerja.