Membangun Sulut Dengan Iman, Budaya dan IpTek
Superkonduktivitas Oksigen
 
 
Oleh, Hasanudin Abdurakhman @Diskusi FB Grup GDI
 
Oksigen itu sehari-hari kita kenal dalam bentuk gas, yang tentu saja tak mengantarkan arus listrik. Tapi oksigen ternyata bisa pula menjadi superkonduktor, alias bisa mengantarkan arus listrik tanpa hambatan. Bagaimana bisa?

Sifat zat-zat yang ada di alam diatur oleh Hukum Termodinamika yang mengatur hubungan antara suhu (T), tekanan (p) dan volume (V). Oksigen yang kita kenal sebagai gas adalah oksigen pada tekanan atmosfer, dan suhu kamar yaitu sekitar 30 derajat celcius. Dalam keadaan gas atom-atom oksigen membentuk ikatan sehingga menjadi molekul O2. Dalam keadaan bebas setiap atom terdiri dari sebuah inti bermuatan positif yang dikelilingi oleh elektron-elektron. Tapi kita jarang menemukan atom bebas, umumnya atom-atom membentuk mulekul. Dalam molekul atom-atom saling berikatan, saling berbagi penggunaan elektron melalui berbagai jenis ikatan.

Bila tekanan gas dinaikkan, atau suhunya diturunkan, ia akan berubah menjadi zat cair. Itulah yang disebut dengan perubahan fase atau phase transition. Bila tekanan ditingkatkan maka gas tadi akan menjadi padat. Pada benda padat jarak antar atom lebih menjadi lebih dekat, sehingga lebih sedikit elektron yang digunakan untuk membentuk ikatan antar atom. Pada tekanan yang lebih tinggi akan semakin sedikit elektron yang dipakai untuk berikatan. Elektron yang tidak berperan dalam ikatan akan menjadi elektron bebas yang berperan dalam hantaran listrik. Pada tekanan tinggi oksigen yang tadinya gas dan isolator akan berubah menjadi konduktor.

Lalu ketika tekanan semakin ditingkatkan hingga 120 GPa, oksigen akan berubah menjadi superkonduktor. Itulah yang ditemukan oleh Shimizu dkk dari Osaka University (K. Shimizu, K. Suhara, M. Ikumo, M. I. Eremets and K. Amaya
Nature 393, 767-769(25 June 1998)). Gambar di atas menunjukkan turun drastisnya resistivitas oksigen yang menggambarkan fase saat ia berubah menjadi superkonduktor.

Lalu, apa manfaat temuan ini? Apakah oksigen akan dimanfaatkan sebagai bahan superkonduktor? Sepertinya tidak. Penelitian ini hanya hendak menunjukkan bahwa pada dasarnya setiap bahan bisa menjadi superkonduktor.
 
    • Fuad Anwar Sebenarnya fokus penelitian saya saat ini adalah Teori Ginzburg-Landau tentang superkonduktor. Tapi jika diberi full paper makalah tsb dan tidak merepotkan, ya saya terima dengan senang hati, insya Allah bisa menambah wawasan. Terima kasih Pak.

    • Hasanudin Abdurakhman Bisa tolong kasih review singkat ttg riset pak Fuad Anwar? saya nggak begitu paham soal superkonduktor.

    • Yus Rama Denny Mekanisme superkonduktor pada gas bukan hanya dimiliki oleh oxygen saja tapi (betulkan kalau saya salah) juga bisa dilakukan dengan gas hidrogen. Prinsip dasarnya harus ada coupling electron phonon interaction, persyaratannya haruslah dalam bentuk padat agar terjadi hopping (dan dapat dianggap like-metal yang memiliki sifat conductivity yang berhubungan dengan atomic distance). Mungkn pertanyaan selanjutnya harus dicek apakah termasuk superkonducktor type I or type II...Dengan memberikan medan magnetik luar dapat dilihat apakah perubahan magnetisasinya pada critical magnetic superconductivitynya mudah berubah maka termasuk kedalam Type I tapi jika tersusun atas 2 critical magnetic field (dan tersusun atas vortex) maka termasuk type II...Assumsi saya termasuk type I...

    • Hasanudin Abdurakhman Yg saya ingat dulu grup riset yg papernya saya kutip ini berniat menunjukkan bahwa setiap elemen bisa jadi superkonduktor. Cuma saya nggak tahu gimana lanjutannya. Terakhir saya ingat mrk publish di Nature ttg superkonduktivitas besi (Fe)
    • Yus Rama Denny Superconductor bukan bidang saya pa Hasanudin..Mungkin ada yang salah dari penjelasan saya mungkin pa Fuad bisa lebih detail memberi penjelasan...Konsep superconductor sederhananya material yang superdiamagnetik dan supermetal dimana saat diberikan akan men generate super current dan men repel sesuai dengan Second London Equation...Simple element sudah banyak dikembangakan oleh peneliti akan tetapi Tc nya masih terlalu rendah untuk application purpose sehingga High Tc superconductor yang terkenal compound dari YBCO based..Nah kalau sudah mask kewilayah free energy order parameter dari Ginzburg–Landau equations saya angkat tangan..Mungkin pa fuad lebih banyak kearah sini (mantaaabs risetnya...)Hahahaahahhah

    • Hasanudin Abdurakhman Apalagi saya. Persinggungan saya dg riset ini adalah karena saya juga pernah riset high pressure. Fokus saya lbh ke insulator-metal transition.

    • Hasanudin Abdurakhman Iya pak Yus kalau dg DAC tekanannya bisa sampai 150 atau 200 Giga Pascal.

    • Yus Rama Denny Bisa dijelaskan pa Hasanudin lebih detail tentang high pressure menyambung pertanyaan pa Yudi...Sebab saya kebalikkannya pa..Saya mainnya di Ultra high Vacuum...Mungkin setara dengan 10^-11 Torr..

    • Hasanudin Abdurakhman Struktur DAC spt pd link yg saya berikan di komentar pertama. Prinsipnya terdiri dari dua potong diamond yg digunakan utk menjepit sebuah plat metal gasket, gasket ini dilubangi utk ruang sampel. Bersama sampel dimasukkan pressure transmitting media berupa oil atau argon cair, tergantung pengukuran apa yg hendak dilakukan.

    • Hasanudin Abdurakhman Tekanan di dalam DAC diukur dg memasukkan kristal Ruby yg disinari dg laser argon. Emisi cahaya dari Ruby yg ditembak dg laser ini bergeser puncak panjang gelombangnya secara linier dg tekanan luar. Dengan ini tekanan di dalam DAC bisa diukur.

    • Yus Rama Denny Nah yang menarik dengan tekanan besar bagaimana cara pengukuran current density Jc atau resistivity pada bahan superconductor..Sejauh pemahaman saya (maaf mohon dibetulkan kalau salah) pengukuran menggunakan SQUID atau PPMS dan dalam keadaan vacuum (walau bukan high vacuum) dan suhu dalam range Kelvin...Kira2 apa ya alat ukur yang digunakan..hehehe #penasaran...

    • Hasanudin Abdurakhman Pengukuran resistivitas tdk pakai SQUID tapi pakai sistem 4 elektrode saja. Dua elektrode utk mengukur mengalirkan arus, dua lagi utk mengukur tegangan. Cuma itu empat elektrode dipasang di sampel berdimensi 0.1 mm, bayangkan sendiri gimana sulitnya. Makanya data tidak bisa disajikan dlm bentuk resistivitas, tp hanya resistansi relatif thd resistansi di suhu 1 K.

    • Hasanudin Abdurakhman Sistem DAC diset dalam cryostat utk pengukuran pd suhu hingga di bawah 1 K.

    • Hasanudin Abdurakhman Eksperimen lain menggunakan DAC (dan relatif lebih muda) antara lain optical absorption, reflection, infrared, Raman scattering, X-ray, dan neutron scatterring.

    • Hanafi M. Risa jangan-jangan petir terjadi karena kondisi ini......dan jadi ingat teori terbentuknya asam amino pertama kali untuk kehidupan.

    • Hasanudin Abdurakhman Petir? Maksudnya gimana pak Hanafi?

    • Hanafi M. Risa itu aliran listrik di udara beroksigen juga kan pak? saya hanya menduga-duga , sebab ilmu fisika saya tidak memadai

    • Hasanudin Abdurakhman Ow, bukan. Ini oksigen tidak lagi dalam fase gas, tapi sudah dipadatkan pd tekanan maha tinggi :)

    • Hasanudin Abdurakhman Fase ini tidak eksis di alam, karena tidak ada tempat di muka bumi ini yg bertekanan 120 GPa. Ini sistem yg hanya eksis di ruang eksperimen.

    • Yus Rama Denny Untuk sistim DAC memang hanya untuk Low Tc superconductor...Penggunaa n DAC kemungkinan untuk melihat keadaan material saat diberi tekanan tinggi...Mungkin kalau diterapkan bisa masuk ke bidang industri di pertambangan pa..maksudnya material di bawah bumi yang mendapatkan perlakuan tekanan tinggi akan bisa di detect properties nya...Atau mungkin carbon bisa juga dipadatkan pa Hasanudin biar dapat produksi diamond...#menghayal...Mun gkin juga seperti itu ya pa Hanafi....who knows..haahahahah

    • Hasanudin Abdurakhman Diamond sintetis mmg sudah ada kok pak. Cuma kualitasnya jauh di bawah diamond alami ;)

    • Yus Rama Denny Tema riset yang menarik bagaimana membuat diamond dengan kualitas mendekati yang alami...heheheeheheh#just curious..

    • Hasanudin Abdurakhman Tapi spt kata pak Yus, salah satu sisi penting riset ini adalah melihat struktur material di bawah tekanan. Kalau sudah tahu mungkin bisa direkayasa sesuatu yg disebut "chemical pressure" di mana atom-atom diatur sedemikian ruma menggunakan electrostatic potential shg bs diperoleh superkonduktor pd ambient pressure.

    • Hasanudin Abdurakhman Nah, itu juga saya pengen tahu pak. Keren jg kalau bs jadi juragan intan :d

    • Hasanudin Abdurakhman Dalam sebuah konferensi seorang profesor menulis di salah satu slidenya: Diamond is a junk of coal brought under pressure :d

    • Yus Rama Denny Sebenarnya diamond dalam structure bisa didapatkan secara alamiah di carbon base atau bahkan di silicon..Jadi wajar jika coal bisa digunakan untuk pembuatan diamond dengan menggubah keteraturan yang tinggi per atomnya (sebab memiliki struktur yang sama)..Mungkin ini sebabnya dipakai high pressure..hehehe

    • Hasanudin Abdurakhman Tambahan info. Yg mengembangkan metode riset material di bawah tekanan tinggi, termasuk yg menciptakan DAC adalah Percy Bridgman, yang dianugerahi hadiah Nobel Fisika th 1946.

    • Hasanudin Abdurakhman perhatikan bahwa sifat superkonduktor hanya didapatkan pada tekanan sekitar 120 GPa. Di bawah atau di atas itu tidak terjadi. Pada tekanan yg lebih tingga mungkin material akan hancur.

      Manusia kalau diberi tekanan secara tepat mungkin juga akan mengeluarkan kemampuan super. Cuma harus pas tekanannya, jangan terlalu rendah, jangan terlalu tinggi.

    • Fuad Anwar Riset tentang superkonduktor masih terbuka, baik dari segi teori maupun eksperimen.

    • Hasanudin Abdurakhman Scr teoretis mungkin ga dibuat superkonduktor dg Tc suhu kamar pak?

    • Fuad Anwar Web berikut : http:// www.superconductors.org/ 28c_rtsc.htm pernah melaporkan Room-Temperature Superconductivity in a Copper-Oxide, tapi saya belum tahu kebenarannya ..
      www.superconductors.org
             The question of whether room-temperature superconductivity (RTSC) is pos...See More

    • Asri Yadi sepertinya saya harus mengasah kemampuan saya di bidang fisika untuk bisa mengikuti diskusi diatas. padahal dulu sewaktu SMA, guru fisika saya sngt mengharapkan saya jadi ilmuwan fisika.hehhehhe

    • Fuad Anwar Oh ya, tahun 2011 kemarin, dunia internasional memperingatinya sebagai : the 100 anniversary of the discovery of superconductivity, lihat di : http://www.ewh.ieee.org/ tc/csc/europe/newsforum/ pdf/HE54.pdf

    • Yus Rama Denny Suhu kamar superconductor yang diklaim dari link yang diberikan volume fraction is low maksudnya (betulkan kalau saya salah) hanya sedikit material yang ditest menunjukkan superconductor properties dan melihat pembuatannya menggunakan solid state reaction ada kemungkinan impurities berperan dalam hal ini bukan sifat intrinsik bahan ini (pengalaman saya sewatu menggunakan solid state reaction), mungkin perlu dikonfimasi lebih lanjut tentang chemical state dari sampel yang diklaim...Tapi andaikata memang benar klaim nya akan terjadi perubahan evolusi bidang teknologi besar2an...

    • Hasanudin Abdurakhman Hadiah Nobel th 87 diberikan kpd penemu HTCSC yg berhasil membuat superkonduktor dg Tc di suhu nitrogen cair. Ini sdh revolusi karena suhu nitrogen cair jauh lbh mudah didapat dibanding helium cair shg terbuka lebar peluang aplikasi

    • Yus Rama Denny Sampai saat ini (dari jurnal yang dapat dipercayai) suhu paling tinggi untuk High Tc superconductor berkisar 100 K dari YBCO compound tapi ini masih membutuhkan gas nitrogen untuk menurunkan suhu dan untuk diaplikasikan membutuhkan dana yang besar (dari penggunaan gas) tapi kalau suhu ruang sudah dapat ditemukan property superconductor akan banyak aplikasi yang bisa digunakan contohnya akan mampu dibuat kabel dengan loss energy dari thermal heating cable sebesar 0 (low loss power transmission), device electronic yang terbaru, atau lebih ekstrim akan mampu membuat mobil terbang yang difilm2 (lebih efisien meglave train)....Mantaaabs..
      19 hours ago · Like
Loading

 

Juni 2011 © LSM Pendidikan Silo (NGO) & LSM Pemberdayaan Teknologi dan Perkotaan (NGO)
Penanggung Jawab :