Sains itu sederhana: Apa itu superkonduktivitas?

Oleh

Kondensor materi magnetis terletak di atas superkonduktor. Medan magnet menginduksi arus dalam superkonduktor yang menciptakan medan yang sama dan berlawanan, menyesuaikan gaya gravitasi dalam kubus. Kredit: Gambar milik Laboratorium Nasional Oak Ridge

Apa yang kebanyakan orang anggap sebagai suhu “normal”, semua bahan memiliki beberapa tingkat hambatan listrik. Ini berarti bahwa mereka menahan aliran listrik dengan cara yang sama seperti pipa sempit menahan aliran air. Karena resistansi, sebagian energi hilang sebagai panas ketika elektron seperti komputer atau ponsel melewati elektronik di perangkat kita. Untuk sebagian besar material, ketahanan ini tetap ada bahkan saat material didinginkan hingga suhu yang sangat rendah. Pengecualian adalah bahan superkonduktor. Superkonduktivitas adalah sifat elemen tertentu untuk menghantarkan listrik langsung (DC) tanpa suhu ketika didinginkan di bawah suhu tertentu (disebut sebagai T).C). Elemen-elemen ini mengecualikan bidang akhir saat masuk ke status superkonduktor.

Superkonduktivitas adalah salah satu fenomena kuantum alam yang paling menakjubkan. Ditemukan sekitar 100 tahun yang lalu bahwa merkuri mendingin hingga suhu helium cair (sekitar -452 F, hanya beberapa derajat di atasnya. Nol mutlak). Pada awalnya, para ilmuwan dapat menjelaskan apa yang terjadi pada superkonduktivitas, tetapi mengapa dan bagaimana superkonduktivitas telah menjadi misteri selama hampir 50 tahun.

Pada tahun 1957, tiga fisikawan dari University of Illinois menggunakan mekanika kuantum untuk menjelaskan proses mikroskopis dari mawar kecil superkonduktivitas. Mereka mengajukan teori baru yang fundamental bahwa elektron bermuatan negatif, yang biasanya menjauhkan satu sama lain, membentuk pasangan di bawah T.C. Elektron yang berpasangan ini disatukan oleh getaran lapisan atom yang dikenal sebagai fonon, dan pasangan yang berpasangan secara kolektif dapat melewati materi tanpa hambatan apa pun. Atas penemuan mereka, para ilmuwan ini dianugerahi Penghargaan Nobel dalam Fisika pada tahun 1972.

Fenomena ini juga telah diamati pada bahan lain pada suhu yang sangat rendah sejak ditemukannya superkonduktivitas dalam merkuri. Bahan meliputi berbagai logam dan a Paduan Neobium dan titanium yang dapat dengan mudah dibuat menjadi kawat. Kabel menyebabkan tantangan baru untuk penelitian superkonduktor. Kurangnya hambatan listrik pada kabel superkonduktor berarti kabel tersebut dapat mendukung arus listrik yang sangat tinggi tetapi di atas “arus kritis” pasangan listrik putus dan superkonduktivitas hilang. Secara teknis, kabel membuka kegunaan yang sama sekali baru untuk superkonduktor, termasuk gulungan gulungan, untuk membuat magnet yang kuat. 19 Pada 1970-an, para ilmuwan menggunakan magnet superkonduktor untuk menciptakan medan magnet tinggi yang diperlukan untuk pengembangan mesin magnetic resonance imaging (MRI).

Pada tahun 1986, para ilmuwan menemukan kelas baru bahan tembaga-oksida yang menunjukkan superkonduktivitas, tetapi pada suhu yang jauh lebih tinggi daripada logam dan paduan pada awal abad ke-20. Bahan-bahan ini dikenal sebagai superkonduktor suhu tinggi. Mereka masih perlu didinginkan, mereka superkonduktor hingga suhu panas yang intens, beberapa di antaranya memiliki suhu di atas nitrogen cair (-321 ° F). Penemuan ini menjanjikan teknologi baru yang revolusioner. Lebih lanjut disarankan bahwa para ilmuwan mungkin dapat menemukan bahan yang superkonduktor pada atau mendekati suhu kamar.

Sejak itu, banyak bahan superkonduktor suhu tinggi baru telah ditemukan menggunakan hipotesis terlatih, termasuk kelas bahan berbasis besi, dikombinasikan dengan pengujian kesalahan eksperimental. Namun, menjadi semakin jelas bahwa teori mikroskopis yang menggambarkan superkonduktivitas dalam logam dan paduan logam tidak berlaku untuk sebagian besar komponen baru ini, jadi lagi-lagi misteri superkonduktivitas menantang komunitas ilmiah. Eksperimen terbaru pada bahan berbasis hidrogen di bawah tekanan yang sangat tinggi telah mengkonfirmasi prediksi teoritis superkonduktivitas pada suhu yang mencapai suhu kamar.

Fakta Superkonduktivitas

  • Hyker Kamarlingh-Ones menemukan superkonduktivitas pada tahun 1911. Untuk penemuan ini, ia dianugerahi Penghargaan Nobel Fisika tahun 1913 atas fluiditas helium dan pencapaian lainnya.
  • Lima Hadiah Nobel dalam Fisika telah diberikan untuk penelitian tentang superkonduktivitas (1913, 1972, 1973, 1987, dan 2003).
  • Sekitar setengah dari komponen tabel periodik menunjukkan superkonduktivitas suhu rendah, tetapi aplikasi superkonduktivitas sering menggunakan paduan yang mudah digunakan atau lebih murah. Misalnya, mesin MRI menggunakan campuran neobium dan titanium.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Topan Super Surigae menyulut Pasifik

19 April 2021 Topan super mencapai intensitas ekstrem setahun lebih banyak daripada badai era satelit mana pun. Surigae tidak akan mendarat, tetapi topan yang muncul di...

Mekanisme fotoenzim kunci yang diuraikan

Kesan artis tentang katalisis enzimatik yang diusulkan dalam mekanisme fotodekarboksilase asam lemak (Sains 2021). Kredit: Damien Sorigué Pengoperasian enzim FAP, yang berguna untuk memproduksi...

DOE Mendorong Investasi A.S. yang Agresif dalam Energy Fusion

Sinar laser energi tinggi NIF berkumpul di target di tengah kamera target. Keberhasilan mendapatkan penyalaan fusi akan menjadi langkah maju yang besar dalam...

Fisikawan menciptakan bit kuantum yang dapat mencari materi gelap

Sebuah qubit (persegi panjang kecil) dipasang pada tingkat kebiruan, yang berada di atas jari untuk menunjukkan skala. Ilmuwan di Farmland Universitas Chicago menggunakan...

Ahli paleontologi memperkirakan bahwa 2,5 miliar T. rex menjelajahi Bumi selama periode Kapur

Untuk semua mereka yang terlambatKapur Menurut sebuah studi baru, jumlah total tyrannosaurus yang pernah hidup di Bumi adalah sekitar 2,5 miliar individu, di mana...

Newsletter

Subscribe to stay updated.