Dinamika Pasangan Cooper

Bahan-bahan di global ini bisa dibagi menjadi dua, yakni bahan nan dapat menghantarkan listrik disebut dengan konduktor, serta kebalikannya yakni isolator. Kedua bahan tersebut dibedakan dari kemampuan elektron-elektron nan ada dalam atomnya dalam menghantarkan listrik. Pengetahuan mengenai kekuatan penghantaran listrik tersebut bisa dipelajari dalam fisika material nan sedang menjadi primadona akhir-akhir ini.

Meskipun bisa menghantarkan arus listrik, pada kenyataannya konduktor tetap saja memiliki kendala dalam penghantarannya. Kendala inilah nan pada akhirnya membuat konduktor tak lagi efisien dalam menghantarkan listrik. Kendala ini dapat berupa panas nan menjadi masalah bagi para perancang material.

Akhir-akhir ini, para ilmuwan berlomba buat menemukan material nan memiliki kekuatan hantaran listrik nan nyaris sempurna. Impian tersebut akhirnya memiliki titik cerah setelah Onnes melakukan percobaan terhadap raksa murni dalam helium cair. Raksa tersebut memiliki nilai resistivitas nan hampir nol.

Namun demikian, inovasi Onnes tersebut tak serta merta membuat superkonduktor dapat diaplikasikan dengan mudah. Superkonduktor hasil temuan Onnes itu hanya dapat digunakan pada suhu nan mendekati nol mutlak. Suhu tersebut tentu saja sangat sulit dicapai dan amat sangat sulit buat diaplikasikan.

Akhirnya, konsep titik kritis ditemukan sebagai salah satu parameter nan diperlukan buat menentukan sifat superkonduktivitas dari material. Ilmuwan-ilmuwan terdorong buat menaikkan nilai titik kritis tersebut sehingga dapat lebih rasional.

Onnes membentuk keluarga material nan dapat menjadi superkonduktor. Keluarga material tersebut dinamakan dengan superkonduktor tipe I. Sementara itu, ternyata banyak sekali material nan dapat menjadi superkonduktor nan tak termasuk pada tipe I. Material-material tersebut ialah Molibdenum (Mo), Timah (Sn), Niobium (No), Vanadium (Va), Germanium (Ge), Indium (In), dan Galium (Ga). Material-material tersebut dinamakan dengan superkonduktor tipe II..

Selain kedua tipe superkonduktor tersebut, ternyata diketahui banyak senyawa keramik nan dapat menjadi superkonduktor. Hal ini diungkapkan oleh Muller pada 1985 lewat penelitiannya. Umumnya bentuk molekul dari senyawa keramik ini ialah perovskite, yakni bentuk molekul nan menyerupai kubus.

Melalui berbagai penelitian, diketahui bawah superkonduktor sangat sensitif terhadap medan magnet. Gangguan medan magnet bisa menurunkan suhu kritis nan berarti mempersulit terbentuknya material superkonduktor. Kuat medan magnet nan menentukan suhu kritis ini disebut dengan medan magnet kritis.

Meissner, melalui penelitiannya, mengungkapkan bahwa material superkonduktor memiliki ciri dan kelakukan nan hampir mirip dengan material diamagnetik. Menurutnya, material superkonduktor bisa menolak medan magnet tetap. Akibatnya material superkonduktor tersebut bisa mengambang sebab pengaruh medan magnet tersebut. Hal ini bisa dijumpai pada model kereta melayang nan memanfaatkan konsep ini.

Superkonduktivitas ialah properti nan ditampilkan oleh bahan-bahan eksklusif pada suhu nan sangat rendah. Bahan ditemukan memiliki properti ini termasuk logam dan paduan mereka (timah, aluminium, dan lain-lain), beberapa semikonduktor, dan keramik eksklusif nan dikenal sebagai cuprates nan mengandung tembaga dan atom oksigen. Sebuah superkonduktor melakukan listrik tanpa perlawanan, sebuah properti nan unik.

Ini juga menolak medan magnet paripurna dalam kenyataan nan dikenal sebagai imbas Meissner, kehilangan medan magnet internal nan mungkin memiliki sebelum didinginkan ke suhu kritis. Karena imbas ini, sebagian bisa dibuat melayang tanpa henti di atas medan magnet nan kuat.

Untuk bahan superkonduktor sebagian, suhu kritis di bawah sekitar 30 K (-406 ° F sekitar atau -243 ° C). Beberapa bahan, disebut superkonduktor suhu tinggi, membuat transisi fase ke negara ini pada suhu kritis nan lebih tinggi, biasanya lebih tinggi dari 70 K (-334 ° F sekitar atau -203 ° C) dan kadang-kadang setinggi 138 K (sekitar -211 ° F atau -135 ° C).

Bahan-bahan ini hampir selalu cuprate-perovskit keramik. Mereka menampilkan sifat nan sedikit berbeda dari superkonduktor lain, dan cara mereka transisi masih belum sepenuhnya dijelaskan. Kadang-kadang mereka disebut Tipe II superkonduktor buat membedakan mereka dari Tipe I. Tipe lebih konvensional

Teori konvensional, superkonduktor suhu rendah, bagaimanapun, dipahami dengan baik. Dalam sebuah konduktor, elektron mengalir melalui kisi ionik atom, melepaskan sebagian energi mereka ke dalam kisi dan memanas materi. Genre ini disebut listrik.

Karena elektron terus menabrak melawan kisi-kisi, sebagian energi mereka hilang dan arus listrik berkurang dalam intensitas sebab perjalanan sepanjang konduktor. Inilah nan dimaksud dengan ketahanan listrik dalam konduksi.

Dalam superkonduktor, elektron mengalir mengikat satu sama lain dalam pengaturan nan disebut pasangan Cooper, nan harus menerima sentakan besar energi buat dilanggar terpisah. Elektron dalam pasangan Cooper menunjukkan sifat superfluidic, mengalir tanpa henti tanpa perlawanan.

Dingin nan ekstrem berarti bahwa anggotanya atom tak bergetar cukup intens buat memecahkan pasangan Cooper terpisah. Akibatnya, pasangan tetap tanpa batas waktu terikat satu sama lain selama suhu tetap di bawah nilai kritis.

Elektron dalam pasangan Cooper menarik satu sama lain melalui pertukaran fonon, unit terkuantisasi getaran, dalam kisi bergetar material. Elektron tak bisa ikatan langsung satu sama lain dalam cara nan nukleon lakukan sebab mereka tak mengalami kekuatan nan disebut kuat, "lem" nan memegang proton dan neutron bersama-sama dalam inti.

Selain itu, elektron bermuatan negatif semua dan akibatnya menolak satu sama lain jika mereka terlalu dekat bersama-sama. Setiap elektron sedikit meningkatkan biaya dari kisi atom sekitarnya, bagaimanapun, membuat domain muatan positif higienis nan pada gilirannya menarik elektron lainnya.

Dinamika pasangan Cooper dalam superkonduktor konvensional digambarkan secara matematis oleh teori BCS dari superkonduksi, dikembangkan pada tahun 1957 oleh John Bardeen, Leon Cooper, dan Robert Schrieffer.

Sebagaimana para ilmuwan terus menemukan bahan-bahan baru nan superconduct pada suhu nan lebih tinggi, mereka mendekati inovasi bahan nan akan mengintegrasikan dengan jaringan listrik dan desain elektronik tanpa menimbulkan tagihan pendingin besar.

Suatu kemajuan krusial telah dibuat pada tahun 1986 ketika J.G. Bednorz dan K.A. Müller menemukan nan bekerja pada suhu nan lebih tinggi, menaikkan suhu cukup kritis bahwa dingin nan diperlukan bisa dicapai dengan nitrogen cair daripada dengan helium cair mahal.

Ada berbagai macam topik penelitian nan mungkin dianggap fisika material terapan. Salah satu contoh nya sebagaimana nan kita bahas di atas ialah pengembangan superkonduktor. Magnet superkonduktor sangat krusial buat fungsi magnetic resonance imaging (MRI) mesin, akselerator partikel, dan resonansi magnet inti (NMR) spektrometer.

Penelitian terhadap sifat fisik dan teori di balik magnet superkonduktor sahih akan dianggap fisika murni. Upaya buat membangun superkonduktor ditingkatkan, dan buat menemukan pelaksanaan baru buat mereka tentu akan dianggap fisika terapan. Contoh terkenal lainnya dari jenis penelitian termasuk pholtovoltaics dan nanoteknologi.

Nah.. Jika peneliti dalam fisika material ini bisa menemukan bahan-bahan tambahan nan bisa digunakan dengan cara ini, mungkin itu akan menjadi layak secara hemat buat mengirimkan tenaga listrik buat jeda nan sangat jauh tanpa kehilangan daya. Berbagai pelaksanaan lain juga ada di akselerator partikel, motor, trafo, penyimpanan listrik, filter magnetik, pemindaian fMRI, dan levitasi magnetik, serta inovasi lainnya.