Tulisan blog ini membahas bagaimana superkonduktor mengatasi masalah kehilangan energi dan perubahan apa yang dapat dibawanya terhadap masyarakat dan teknologi kita.
Ilmu pengetahuan modern menyatakan bahwa energi kekal di seluruh alam semesta. Namun, energi yang berguna bagi manusia seringkali berubah menjadi energi yang tidak berguna. Dalam kehidupan sehari-hari, tidak semua energi yang digunakan manusia saat melakukan pekerjaan benar-benar dimanfaatkan untuk pekerjaan tersebut. Hal ini disebabkan sebagian energi diubah menjadi energi panas akibat adanya hambatan benda. Ini merupakan fenomena termodinamika spontan, sementara konversi energi panas menjadi bentuk energi lain merupakan fenomena non-spontan. Dengan kata lain, sebagian energi yang dianggap berguna oleh manusia terbuang setiap kali digunakan. Pemborosan energi alami ini berdampak besar pada setiap aspek kehidupan kita. Akibatnya, manusia telah lama mencari cara untuk mengurangi kehilangan energi dan menggunakan energi secara lebih efisien.
Lalu, bagaimana jika ada material yang dapat mencegah pemborosan ini? Khususnya untuk energi listrik, material semacam itu ada—material yang menghilangkan kehilangan energi. Material tersebut adalah superkonduktor. Superkonduktor adalah konduktor yang menunjukkan superkonduktivitas di bawah suhu tertentu (disebut suhu kritis). Superkonduktivitas adalah fenomena di mana resistansi listrik suatu material turun menjadi nol dan material tersebut menjadi diamagnetik. Diamagnetisme adalah fenomena di mana suatu material menolak medan magnet internal. Jika suatu benda memiliki sifat diamagnetik, medan magnet tidak dapat menembus bagian dalamnya. Superkonduktor diklasifikasikan menjadi superkonduktor Tipe I dan Tipe II. Superkonduktor Tipe I adalah superkonduktor yang sepenuhnya mencegah medan magnet menembus bagian dalamnya. Superkonduktor Tipe II adalah superkonduktor yang memungkinkan medan magnet menembus bagian dalamnya. Dengan kata lain, superkonduktor Tipe II adalah material yang mempertahankan superkonduktivitas tanpa menunjukkan diamagnetisme sempurna. Superkonduktor Tipe I sebagian besar merupakan zat murni, sedangkan superkonduktor Tipe II umumnya merupakan material sintetis yang dibuat sesuai kebutuhan. Sebagian besar teknologi yang memanfaatkan superkonduktor menggunakan superkonduktor Tipe II.
Bagaimana superkonduktor ditemukan? Seperti banyak penemuan lainnya, penemuan superkonduktivitas terjadi secara kebetulan. Pada tahun 1911, fisikawan Belanda Heike Kamerlingh Onnes melakukan eksperimen tentang hubungan antara suhu merkuri padat dan hambatan listriknya. Heike Kamerlingh Onnes menemukan bahwa hambatan merkuri menurun secara linear seiring dengan penurunan suhu. Namun, ketika suhu merkuri mencapai 4.2K, hambatannya tiba-tiba turun menjadi nol. Penemuan ini menyebabkan kejutan besar dalam komunitas fisika saat itu dan memicu pemahaman baru tentang fenomena fisika yang terjadi pada suhu yang sangat rendah.
Setelah pengamatan pertama superkonduktivitas, pada tahun 1933, Fritz Walther Meißner dan Robert Ochsenfeld menemukan bahwa superkonduktor Tipe I menunjukkan sifat diamagnetik. Penemuan ini memberikan dasar bagi pemahaman yang lebih mendalam tentang superkonduktor. Temuan mereka menandai titik balik utama dalam penelitian superkonduktivitas dan memacu penyelidikan aktif terhadap potensi aplikasi komersial superkonduktor. Selanjutnya, pada tahun 1950, Lev Landau dan Vitaly Ginzburg menerbitkan sebuah teori yang menjelaskan sifat-sifat superkonduktor. Berdasarkan teori ini, Alexey Abrikosov memprediksi bahwa superkonduktor akan diklasifikasikan menjadi dua jenis. Pada tahun 1962, superkonduktor komersial pertama dikembangkan. Sejak saat itu, para insinyur telah berupaya keras untuk mengembangkan superkonduktor yang menunjukkan superkonduktivitas pada suhu ruangan.
Superkonduktor Tipe I hampir mustahil untuk diaplikasikan secara komersial karena sifat-sifatnya. Sebaliknya, superkonduktor Tipe II diaplikasikan di berbagai bidang. Contoh representatif dari aplikasi superkonduktor adalah elektromagnet superkonduktor. Elektromagnet adalah magnet yang hanya termagnetisasi ketika arus listrik mengalir melaluinya. Elektromagnet digunakan dalam speaker dan perangkat serupa. Menggunakan superkonduktor, yang memiliki resistansi nol, untuk membuat elektromagnet dapat mencegah pemborosan daya selama operasinya. Superkonduktor juga digunakan dalam rangkaian. Rangkaian yang menggunakan superkonduktor beroperasi lebih cepat daripada yang tidak menggunakan superkonduktor. Operasi rangkaian yang lebih cepat tidak hanya mempersingkat waktu eksperimen saat menggunakan rangkaian tersebut, tetapi juga memungkinkan pengembangan perangkat elektronik yang lebih cepat.
Jika superkonduktor yang menunjukkan superkonduktivitas pada suhu ruang dikembangkan, material tersebut dapat dimanfaatkan di berbagai bidang seperti saluran transmisi daya, kapasitor, transformator, rangkaian levitasi magnetik, dan motor. Kabel superkonduktor menghilangkan kehilangan energi listrik selama transmisi daya. Menghilangkan kehilangan energi yang tidak perlu berarti lebih sedikit daya yang perlu dihasilkan, sehingga mencegah pemborosan sumber daya.
Kereta maglev yang menggunakan superkonduktor dapat melaju dengan kecepatan sangat tinggi. Hal ini akan berkontribusi pada kemajuan transportasi. Saat ini, para insinyur telah meningkatkan suhu kritis superkonduktor menjadi 52K, dan penelitian terus berlanjut. Superkonduktor, yang ditemukan secara tidak sengaja oleh Heike Kamerlingh Onnes, juga telah meninggalkan jejak penting dalam sejarah sains bagi masyarakat modern yang menghadapi krisis energi.
Sejak penemuan superkonduktor, mereka telah sangat memengaruhi tidak hanya fisika tetapi juga berbagai bidang seperti teknik elektro dan ilmu material. Superkonduktor tidak lagi hanya objek keingintahuan fisik; mereka telah menjadi alat teknologi penting dengan potensi aplikasi praktis. Lebih lanjut, mereka menunjukkan potensi besar untuk berkontribusi secara signifikan terhadap pembangunan masyarakat. Di dunia saat ini, di mana penggunaan sumber daya yang terbatas secara sembrono bermasalah, pengembangan superkonduktor yang dapat digunakan pada suhu kamar dianggap krusial. Jika para insinyur mengembangkan material yang menunjukkan superkonduktivitas pada suhu kamar, umat manusia akan mengambil langkah maju dalam evolusinya. Seiring dengan meluasnya aplikasi komersial superkonduktor, kita akan dapat menggunakan energi dengan cara yang lebih efisien dan berkelanjutan. Ini akan memainkan peran penting dalam memecahkan banyak masalah yang dihadapi umat manusia, khususnya yang berkaitan dengan energi dan lingkungan.
