## PENDAHULUAN
Kegiatan litbang superkonduktor T c tinggi (STT) di Bidang Bahan Maju, Pusat Penelitian dan Pengembangan Iptek Bahan (P3IB)-BATAN secara formal dimulai pada tahun anggaran 1993/1994 dengan dukungan dana Riset Unggulan Terpadu-I (RUT-I) selama tiga tahun sampai dengan 1995/1996. Namun demikian penelitian pendahuluan telah dilakukan sejak
1990 pada oksida Y-Ba-Cu-O yang mana pada saat itu penelitian dan pengembangan superkonduktor sedang gencar dilakukan orang menyusul ditemukannya superkonduktor YBa 2 Cu 3 O 7-x dengan suhu transisi kritis T c  90 K [1]. Ruang lingkup RUT-I cukup luas sesuai dengan judulnya, yakni : Penelitian dan Pengembangan Komposit dan Lapisan Tipis Superkonduktor Suhu

## REVIEW

## KEGIATAN LITBANG SUPERKONDUKTOR T C TINGGI
DI P3IB-BATAN
Engkir Sukirman, Wisnu Ari Adi, Didin S. Winatapura dan Grace Tj. Sulungbudi
Puslitbang Iptek Bahan (P3IB) - BATAN Kawasan Puspiptek Serpong, Tangerang, 14315

## ABSTRAK
REVIEW KEGIATAN LITBANG SUPERKONDUKTOR T c TINGGI DI P3IB-BATAN . Makalah ini merupakan tinjauan tentang kegiatan litbang superkonduktor T c tinggi ( STT ) di Bidang Bahan Maju, P3IB-BATAN. Kegiatan litbang bertujuan untuk menguasai proses sintesis pelet, komposit, dan lapisan tipis STT jenis Y-123 dan Bi-2223 untuk diaplikasikan. Aplikasi STT diawali dengan pembuatan alat peraga fenomena superkonduktivitas untuk sekolah menengah umum dan universitas. Selanjutnya melangkah ke jalur aplikasi industri, yakni pembuatan prototip Fault Current Limiter ( FCL ) untuk mendukung industri tenaga listrik nasional. FCL merupakan bentuk aplikasi langsung pelet STT . Sintesis pelet dilakukan dengan metode reaksi padatan dan kimia basah. Faktor kunci keberhasilan sintesis pelet STT dengan metode tersebut adalah proses perlakukan panas (kalsinasi dan sintering ). Kualitas pelet, terutama sifat listriknya, ditingkatkan dengan menambahkan sejumlah kecil unsur perak (diperoleh pelet STT komposit) dan dengan proses pelelehan (diperoleh pelet STT bertekstur). Pelet STT dijadikan sebagai target pada pembuatan lapisan tipis STT dengan metode unbalanced dc magnetron sputtering ( UMBS ). Aplikasi lapisan tipis STT belum dikembangkan di P3IB hingga saat ini.
Kata kunci : Litbang superkonduktor

## ABSTRACT
REVIEW RESEARCH AND DEVELOPMENTACTIVITIES OF HIGH T c SUPERCONDUCTORS IN P3IB-BATAN. This is a brief of the research and development (R&D) of high Tc superconductors (HTS) in the advanced materials division, P3IB-BATAN. Those R&D activities were directed to the process mastery of synthesis and characterization of the bulk, the composite, and the thin film of HTS, i.e. Y-123 and Bi-2223 types for application. The HTS application was started by fabrication of a superconductivity phenomena kit for senior high school and university. The activities are being continued to the industrial application, i.e. the fabrication of fault current limitter (FCL) prototype to support the national electric power industries. FCL is a direct application of bulk-form of HTS. Bulk syntheses were performed by using solid state reaction and wet chemical reaction method. The key factors of the HTS bulk synthesis by those methods are the heat treatment processes (calsination and sintering process). The bulk quality especially electric properties, is improved by adding a small amount of silver elements (the composite-HTS bulk), and with a melting process (the textured- HTS bulk). The HTS bulk was placed as a target on the HTS thin film synthesis by using unbalanced dc magnetron sputtering (UMBS). Until this time the HTS thin film application has not been developed yet in P3IB.
Key words : Superconductor R & D

## Review : Kegiatan Litbang Superkonduktor Tc Tinggi di P3IB-BATAN (Engkir Sukirman)
Tinggi , meliputi sintesis bulk , komposit dan lapisan tipis superkonduktor sistem Y-Ba-Cu-O dan Bi-Sr-Ca-Cu-O. Hasil penelitian tertuang sedikitnya dalam 26 makalah yang telah dipublikasi di berbagai prosiding dan jurnal nasional [2].
Setelah berakhirnya RUT-I, kegiatan litbang superkonduktor di P3IB dilanjutkan dengan program Riset Terpilih (RILIH) selama dua tahun anggaran mulai 1996/1997 hingga 1997/1998, dengan judul : Mekanisme Peranan Dopan Pb dan Sb pada Pembentukan Fasa-2223 Superkonduktor Sistem Bi-Sr-Ca-Cu-O . RILIH difokuskan pada oksida sistem Bi-Sr-Ca-Cu-O karena memiliki T c lebih tinggi yakni sekitar 110 K. Sehingga diharapkan pemakaiannya akan lebih luas dibandingkan sistem Y-Ba-Cu-O. Walaupun proses sintesis Bi-Sr-Ca-Cu-O lebih sulit karena ada 6 jenis oksida penyusun yang direaksikan termasuk dopan PbO dan Sb 2 O 3 . Hasil program RILIH dipublikasikan pada prosiding nasional sebanyak 4 buah makalah [3-6].
Pada tahun 1997, peneliti P3IB berhasil lagi mendapatkan kepercayaan pemerintah untuk melanjutkan kegiatan litbang STT melalui program RUT-V selama tiga tahun anggaran hingga 1999/2000. Program penelitian ini berjudul : Pembuatan Lapisan Tipis Superkonduktor Y-Ba-Cu-O dan Bi-Sr-Ca-Cu-O. Hasil-hasilnya telah dipublikasikan pada beberapa prosiding sebanyak 3 buah makalah ilmiah [7-9].
Kegiatan-kegiatan litbang tersebut di atas diarahkan pada penguasaan teknik preparasi dan karakterisasi superkonduktor sistem Y-Ba-Cu-O ( Y-123 ) dan Bi-Sr-Ca-Cu-O ( Bi-2223 dan Bi-2212 ) dalam bentuk pelet, komposit Ag dan lapisan tipis. Metode karakterisasi cuplikan yang digunakan adalah four point probe ( FPP ) untuk pengukuran sifat listrik ( T c dan J c ), difraktometer sinar-X ( XRD ) dan difraktometer neutron resolusi tinggi ( HRPD ) masing-masing digunakan untuk analisis kuantitatif dan kualitatif fasa superkonduktor, mikroskop elektron sapuan ( SEM ) untuk mengamati strukturmikro, dan energy dispersion analysis of x-rays ( EDAX ) untuk mencacah komposisi konstituen. Secara umum hasil-hasil yang diperoleh menunjukan bahwa kuantitas fasa superkonduktor di dalam pelet dapat ditingkatkan dengan mengoptimalkan proses perlakuan panas dan menambahkan unsur-unsur dopan.
Dengan bermodalkan kemampuan teknik preparasi tersebut, mulai tahun anggaran 1999/2000 kegiatan litbang diarahkan pada riset terapan, yakni pembuatan alat peraga fenomena superkonduktivitas untuk sekolah menengah umum dan universitas. Tujuan litbang adalah melakukan kegiatan rancang bangun alat peraga fenomena superkonduktivitas dari pelet superkonduktor YBa 2 Cu 3 O 7-x . Alat peraga ini dirancang sebagai sarana untuk memperkenalkan superkonduktor kepada siswa sekolah menengah umum dan mahasiswa dengan cara-cara praktis, yakni melalui peragaan efek Meissner , pengukuran suhu transisi kritis, pengukuran
resistansi sebagai fungsi suhu dan pengukuran rapat arus kritis. Peragaan fenomena superkonduktor dipilih sebagai langkah awal pemasyarakatan superkonduktor, karena diharapkan dapat memicu dan memacu minat generasi muda untuk mempelajari bahan baru ini, sehingga mereka kelak menjadi pelaku-pelaku kegiatan baik dalam bidang litbang maupun dalam aplikasi industri [10].
Saat memasuki milenium ketiga (2001), litbang superkonduktor diprogramkan untuk memasuki jalur aplikasi industri. Program lima tahun pertama hingga 2004 adalah pembuatan prototip Fault Current Limiter ( FCL ), suatu komponen listrik alternatif untuk mengontrol dan membatasi arus akibat adanya gangguan dalam suatu jaringan listrik [11-15]. Program riset ini diproyeksikan untuk mendukung industri tenaga listrik nasional.
Tujuan makalah ini adalah melakukan tinjauan tentang kegiatan penelitian dan pengembangan STT yang telah dan sedang dilakukan di P3IB. Makalah ini terdiri dari bagian pendahuluan, aplikasi, jenis-jenis STT , teknik preparasi, sifat diamagnetik, sifat listrik, struktur kristal, strukturmikro STT , alat peraga, FCL , dan bagian penutup, serta dilengkapi dengan daftar pustaka.

## APLIKASI
Litbang STT dewasa ini telah mendekati kepada aplikasi komersial dalam berbagai bidang industri, yakni bidang elektronika, energi, transportasi, kedokteran, dan lain-lain. Aplikasi superkonduktor T c tinggi antara lain untuk :
1. Kabel transmisi daya. Saat ini diperkirakan lima puluh persen energi listrik yang dibangkitkan hilang sia-sia ketika ditransmisikan ke konsumen. Kehilangan energi listrik tersebut akan sangat kecil (mendekati nol persen) jika digunakan kabel superkonduktor [16].
2. Magnet superkonduktor. Dengan superkonduktor dimungkinkan untuk membuat magnet yang sangat kuat (hingga 50 Tesla) jauh lebih besar dibandingkan dengan medan magnet yang dibangkitkan oleh elektromagnet (solenoid tembaga) untuk ukuran fisik yang sama. Untuk membangkitkan medan 50 Tesla, solenoid tembaga mengkonsumsi daya kira-kira 3 MW dengan sirkulasi pendingin air kira-kira 2000 liter per menit, padahal magnet superkonduktor membutuhkan 10 kW saja dengan pendingin nitrogen cair [17].
3. Alat pendeteksi sinyal magnetik yang sangat lemah dari jantung dan otak manusia. Dengan alat ini ( magnetic resonance imaging ) penyakit-penyakit pada kedua organ vital tersebut dapat didiagnosis. Disamping itu, dari bahan superkonduktor dapat dibuat sensor magnetik untuk penelitian bahan ( superconducting quantum interference devices ) [18].
4. Alat penyimpan energi magnetik ( superconducting magnetic energy storage ). Energi listrik disimpan dalam superkonduktor untuk digunakan kembali pada saat diperlukan misalnya pada waktu terjadi fluktuasi tegangan akibat beban puncak ( peak loading ) [16]. 5. Komputer yang sangat cepat ( ultrahigh-speed computer ). Bahan superkonduktor dapat digunakan untuk melakukan fungsi-fungsi pelogikaan dan penyimpanan data dalam komputer didasarkan pada konsep Josephson junction. Junction ini terdiri dari lapisan isolator tipis yang diletakkan diantara dua pelat superkonduktor. Karakteristik arus-tegangan pada Josephson junction cocok untuk elemen memori dengan switching times berorde 10 ps (10 -11 detik) [17].
6. Kereta api dengan bantalan udara ( magnetic levitation train ), dan pirodo tanpa gesekan ( frictionless magnetic bearings ). Kedua jenis aplikasi ini didasarkan pada efek Meissner , dimana superkonduktor dapat melayang di udara akibat gaya tolak medan magnet [17].
7. Alat pemutus arus gagal ( fault current limiter disingkat FCL ). FCL ini merupakan suatu komponen pelindung yang sangat penting dalam sistem jaringan listrik, memanfaatkan karakteristik non-linear yang ditampilkan oleh bahan ketika terjadi transisi dari keadaan superkonduksi ke keadaan normal. FCL berperan seperti sebuah saklar otomatis yang beroperasi sangat cepat tanpa suatu alat kontrol dan mampu mereduksi arus transien yang besar [16].
8. Detektor radiasi. Dengan diserapnya foton (radiasi) oleh superkonduktor, maka tercipta partikel quasi , kemudian partikel quasi tersebut dialirkan melalui tunnel junction SIS (superkonduktor-isolator- superkonduktor). Prinsip tersebut serupa dengan prinsip yang dikembangkan pada detektor semikonduktor, perbedaannya terletak pada fakta bahwa celah pita energi superkonduktor berorde meV sedangkan celah pita energi semikonduktor berorde eV (=10 3 meV). Dengan demikian resolusi energi detektor superkonduktor jauh lebih baik daripada detektor semikonduktor [19].
Diperkirakan pada tahun 2010 total pemasaran STT dalam berbagai bentuk aplikasinya akan mencapai angka US $ 76 milyar dan volume pemasaran tersebut akan bertambah terus hingga US $ 244 milyar pada tahun 2020 [16]. Aplikasi STT tampaknya akan memiliki dampak teknologi dan ekonomi yang luas di masa datang. Oleh karena itu, ilmu pengetahuan dan teknologi bahan STT perlu dikuasai agar kita mampu memenuhi kebutuhan pasar dalam negeri. Bahan baku untuk pembuatan STT , yakni oksida tanah jarang Y 2 O 3 terdapat di dalam mineral tambang senotim yang dihasilkan oleh PT. Timah di Pulau Bangka, Pulau Belitung, dan Pulau Singkep sebagai produk samping penambangan. Jadi sebetulnya sangat memungkinkan bagi kita untuk memproduksi sendiri oksida tanah jarang tersebut.

## JENIS-JENIS STT
Pada tahun 1987, kelompok peneliti di Alabama dan Houston yang dikoordinasikan oleh K.Wu dan P. Chu, menemukan superkonduktor YBa 2 Cu 3 O 7-x dengan T c = 92 K. Ini adalah suatu penemuan yang penting karena berarti bahwa dunia untuk pertama kali menyaksikan adanya superkonduktor dengan suhu kritis di atas suhu nitrogen cair-pendingin yang harganya jauh lebih murah dari pada helium cair.
Pada awal tahun 1988, ditemukan superkonduktor oksida Bi-Sr-Ca-Cu-O dan Tl-Ba-Ca-Cu-O berturut-turut dengan T c = 110 K dan 125 K. Oksida yang disebut terakhir walaupun memiliki T c tinggi, tidak dapat diaplikasikan karena beracun. Sejak saat itu, beberapa kelompok peneliti mengklaim mereka telah mendapatkan bahan dengan T c yang lebih tinggi lagi, tetapi ternyata tidak reprodusibel atau tidak berhasil dikonfirmasi oleh Laboratorium lain . Beberapa keluarga STT yang telah terbukti reprodusibel ditunjukkan pada Tabel 1.

## PREPARASI
Hasil yang telah dicapai dari kegiatan penelitian dan pengembangan STT di P3IB adalah suatu paket teknologi tentang teknik pembuatan : pelet STT ( Y-123 dan Bi-2223), komposit, lapisan tipis, dan tekstur STT . Pelet STT dibuat dengan metode reaksi padatan dan reaksi kimia basah.

## Metode Reaksi Padat
Untuk preparasi pelet Y-123 [21] disiapkan oksida-oksida dalam bentuk serbuk : Y 2 O 3 , BaCO 3 , dan
Rumus Kimia Sistem Fasa T c (K) YBa 2 Cu 3 O 7-x GdBa 2 Cu 3 O 7-x NdBa 2 Cu 3 O 7-x YBCO GBCO NBCO Y-123 Gd-123 Nd-123 92 94 96 BiSr 2 CaCu 2 O 7 Bi 2 Sr 2 CuO 6 Bi 2 Sr 2 CaCu 2 O 8 Bi 2 Sr 2 Ca 2 Cu 3 O 1 0 BSCCO BSCCO BSCCO BSCCO Bi-1212 Bi-2201 Bi-2212 Bi-2223 102 22 90 110 T lBa 2 CaCu 2 O 7 T lBa 2 Ca 2 Cu 3 O 9 T lBa 2 Ca 3 Cu 4 O 11 T l 2 Ba 2 CuO 6 T l 2 Ba 2 CaCu 2 O 8 T l 2 Ba 2 Ca 2 Cu 3 O 10 TBCCO TBCCO TBCCO TBCCO TBCCO TBCCO Tl-1212 Tl-1223 Tl-1234 Tl-2201 Tl-2212 Tl-2223 82 110 120 90 110 125 HgBa 2 CuO 4 HgBa 2 CaCu 2 O 7 HgBa 2 Ca 2 Cu 3 O8 Hg 2 Ba 2 Ca 3 Cu 4 O 12 HBCCO HBCCO HBCCO HBCCO Hg-1201 Hg-1212 Hg-1223 Hg-2234 97 128 134-64 114 CuBa 2 Ca 3 Cu 4 O 1 1 Cu 2 Ba 2 Ca 3 Cu 4 O 12 Cu 2 Ba 2 Ca 4 Cu 5 O 14 CBCCO CBCCO CBCCO Cu-1234 Cu-2234 Cu-2245 120 113 <110 Tabel 1 . Daftar keluarga STT yang telah terbukti reprodusibel [20].
CuO masing-masing dengan kemurnian 99,9 %. Ketiga jenis oksida tersebut akan direaksikan sehingga diperoleh senyawa YBa 2 Cu 3 O 7-x ( Y-123 ). Jadi agar senyawa Y-123 terbentuk diperlukan ½ mol Y 2 O 3 , 2 mol BaCO 3 , dan 3 mol CuO . Sedangkan untuk preparasi pelet Bi-2223 [3-6] dibutuhkan Bi 2 O 3 , SrCO 3 , CaCO 3 , CuO , dan dopan PbO dan Sb 2 O 3 masing-masing dengan kemurnian 99,9 %. Unsur dopan dibutuhkan agar fasa Bi-2223 mudah terbentuk, struktur kristal lebih stabil, dan suhu onset meningkat. Keenam jenis oksida tersebut direaksikan sehingga diperoleh oksida baru (Bi,Pb) 2 Sr 2 (Ca,Sb) 2 Cu 3 O 10 ( Bi-2223 ). Agar senyawa Bi-2223 terbentuk diperlukan 1,84 mol Bi 2 O 3 , 2,0 mol SrCO 3 , 1,93 mol CaCO 3 , 3,06 mol CuO , dan dopan 0,34 mol PbO dan 0,1 mol Sb 2 O 3 .
Penimbangan bahan dasar oksida-oksida baik untuk Y-123 maupun Bi-2223 dilakukan dengan ketelitian hingga tiga atau empat angka di belakang koma.
Selanjutnya dilakukan pencampuran melalui proses pengadukan dan penggerusan dengan mortar agate atau ball mill . Pencampuran oksida-oksida tersebut bisa juga dilakukan dengan melarutkan ke dalam aquades, kemudian diaduk menggunakan magnetic stirer sambil dipanaskan pada suhu di bawah 100  C. Setelah kering baru dilakukan penggerusan dengan mortar agate atau ball mill . Selanjutnya proses kalsinasi, penggerusan, peletisasi, dan sintering dengan proses perlakukan panas tertentu yang menyertainya seperti ditunjukkan pada Tabel 2, dan Gambar 1 adalah diagram alir proses preparasi STT dengan metode reaksi padatan.

## Metode Reaksi Kimia Basah
Salah satu metode reaksi kimia yang banyak digunakan dalam preparasi STT adalah metode sol gel dengan media asam ethylene-diaminetetraacetit acid (EDTA) [2]. EDTA adalah senyawa ligan yang dapat mengikat sebagian besar logam. Untuk preparasi Y-123 , disediakan garam nitrat : Y(NO 3 ) 3 , Ba(NO 3 ) 2 , dan Cu(NO 3 ) 2 , dengan perbandingan mol kation Y :Ba:Cu = 1:2:3. Sedangkan untuk preparasi Bi-2223 , disediakan garam nitrat : Bi(NO 3 ) 3 , Pb(NO 3 ) 2 , Sb(NO3) 2 , Ca(NO 3 ) 2 , Sr(NO 3 ) 2 , dan Cu(NO 3 ) 2 , dengan perbandingan mol kation Bi:Pb:Sr:Ca:Sb:Cu =1,84:0,34:2,0:1,93:0,1:3,06
Garam-garam nitrat tersebut dicampurkan di dalam pelarut etilen glikol, larutan ini selanjutnya disebut larutan-1. Secara simultan, EDTA juga dilarutkan dengan
Gambar 2 . Diagram alir pembuatan superkon-duktor dengan teknik sol gel, dimana T, P, t berturut-turut adalah suhu, tekanan, dan waktu.
Gambar 1 . Diagram alir pembuatan superkonduktor dengan teknik reaksi padat, dimana T, P, dan t berturut- turut adalah suhu, tekanan, dan waktu.
Tabel 2 . Parameter kalsinasi, sintering dan heat treatment (laju pemanasan/pendinginan) pada waktu preparasi STT metode reaksi padat.
Kalsinasi Sintering Heat STT Suhu  C) Periode (jam) Suhu (  C) Periode (jam) Treatment (  C/jam) Y-123 900 4 940 10 60 Bi-2223 820 24 855 100 360
etilen glikol dan pH larutan diatur pada 8,0-8,2 dengan menambahkan amonium hidroksida ( NH 4 OH ), larutan yang kedua ini selanjutnya disebut larutan-2. Selanjutnya kedua larutan dicampurkan sedikit demi sedikit secara kontinyu. Larutan ini dipanaskan pada 90  C selama 1-3 jam sampai diperoleh precursor berbentuk gel (cairan kental). Selanjutnya precursor didekomposisi pada 300  C selama 2-3 jam hingga didapat aglomerat- aglomerat yang lunak dan berpori. Langkah selanjutnya adalah penggerusan dengan mortar agate atau ball mill , kalsinasi, penggerusan kembali, peletisasi, dan sintering dengan proses perlakukan panas tertentu yang menyertainya seperti ditunjukkan pada Tabel 2 dan Gambar 2 adalah diagram alir proses preparasi superkonduktor dengan teknik sol gel.

## Teknik Pembuatan Komposit STT
Untuk dapat digunakan dalam pemakaian praktis, STT selain harus memiliki T c dan J c yang tinggi juga mempunyai sifat mekanik yang baik. Telah diketahui bahwa STT sangat getas (rapuh), kurang tangguh dan J c rendah. Masalah tersebut dicoba diatasi dengan menambahkan sejumlah kecil unsur Ag ke dalam STT [2,6]. Ag mengisi batas butir STT , sedemikian sehingga batas-batas butir terkopel lebih kuat, mengakibatkan harga J c meningkat. Gambar 3 adalah diagram alir pembuatan superkonduktor STT komposit perak.

## Teknik Pembuatan Lapisan Tipis STT
Lapisan tipis STT dibuat dengan metode unbalanced dc magnetron sputtering ( UMBS ), yang merupakan penyempurnaan dari metode sputtering [22]. Target berupa pelet STT ditempatkan pada katoda, maka di antara pelat paralel anoda dan katoda terbentuk plasma akibat glow discharge pada target. Target STT mengalami discharge karena panas yang dibangkitkan oleh dc power sehingga pada ruangan antara katoda dan anoda terbentuk molekul-molekul netral, elektron- elektron, ion-negatip dan ion positip, dan partikel bebas yang kemudian terdeposisi pada substrat MgO dengan penyangga lapisan SrTiO 3 . Substrat tersebut ditempelkan pada substrate table yang sekaligus berfungsi sebagai anoda. Lapisan tipis STT yang terbentuk pada substrat akan mengalami kekurangan oksigen. Oleh karena itu setelah proses deposisi selesai, dilanjutkan dengan annealing secara insitu di dalam lingkungan gas oksigen. Diagram alir proses pembuatan lapisan tipis STT ditunjukkan pada Gambar 4.
Teknik Penumbuhan Tekstur Y-123
Rapat arus kritis J c pada bahan Y-123 hasil preparasi dengan metode reaksi padatan, kimia basah,
Gambar 4 . Diagram alir pembuatan thin film STT dengan metode UMBS , dimana T,P,  , d, t berturut-turut adalah suhu, tekanan gas, fluksi gas, jarak target-substrat, dan waktu.
Gambar 3 . Diagram alir pembuatan superkonduktor STT komposit perak, dimana T, P, t berturut-turut adalah suhu, tekanan, dan waktu.

## Review : Kegiatan Litbang Superkonduktor Tc Tinggi di P3IB-BATAN (Engkir Sukirman)
dan komposit Ag , masih lebih rendah dari 10 4 A/cm 2 , dengan demikian masih belum memadai untuk aplikasi. Rendahnya J c adalah karena lemahnya ikatan ( link ) antara batas-batas butir kristal. Untuk mengatasi masalah tersebut, maka dilakukan penumbuhan tekstur melalui proses pelelehan. Teknik ini cukup efektif dalam memperkuat ikatan ( link ) antara butir melalui pengorientasian butir-butir kristalnya dan J c yang lebih besar dapat dicapai [23]. Dengan demikian proses pelelehan ini berpeluang sangat besar bagi aplikasi superkonduktor dalam bentuk pelet Y-123. Ilustrasi skematis proses pelelehan Y-123 ditunjukkan pada Gambar 5, dimana cuplikan Y-123 hasil proses sintering (HPS) di bakar di dalam tungku Thermolyne F48050-26 pada 1100  C selama 0,2 jam. Selama periode penahanan tersebut, cuplikan Y-123 meleleh dan terurai menjadi Y-211 ( Y 2 BaCuO 5 ) dan fasa cair L. Cuplikan kemudian didinginkan ke 1000  C dengan laju 400  C/jam. Angka 400  C/jam adalah laju pendinginan tercepat yang bisa dicapai tungku tersebut. Selanjutnya cuplikan didinginkan secara lambat ke 900  C dengan laju 10  C/jam dan kemudian didinginkan hingga suhu ruang (laju 60  C/jam) dalam lingkungan udara. Selama proses pendinginan dari 1000  C, Y-211 dan fasa cair L bereaksi membentuk fasa superkonduktor Y-123 .

## Sifat Diamagnetik
Suatu bahan disebut superkonduktor jika menampilkan sifat diamagnetik, yakni induksi magnet, B =0 di dalam superkonduktor. Ketika bahan superkonduktor didinginkan hingga di bawah T c , maka kuat medan magnet di dalam superkonduktor menjadi nol, artinya fluksi magnetik ditolak dari bagian dalam superkonduktor. Efek ini disebut efek Meissner- Ochsenfeld , diberi nama sesuai nama penemunya. Pengujian efek Meissner merupakan teknik karakterisasi yang paling mudah dan cepat. Karakterisasi cuplikan pada beberapa laporan tentang preparasi Y-123 dan Bi-2223 cukup dilakukan dengan uji efek Meissner
tersebut. Tampak pada Gambar 6, magnet Nd-Fe-B berbentuk kubus melayang setinggi  3 mm di atas pelet Y-123 .

## Sifat Listrik
Selain menampilkan sifat diamagnetik, superkonduktor juga memiliki resistivitas  = 0 pada suhu T  T c . Resistivitas nol, teramati pada suhu di bawah suhu kritis T c . Resistivitas nol terjadi karena elektron- elektron konduksi, yang memiliki karakter saling tolak- menolak antara sesamanya dalam keadaan normal, mentransformasikan dirinya menjadi berpasang- pasangan pada T  T c . Ketika didinginkan dari suhu ruang, STT biasanya menampilkan sifat logam sebelum terjadinya transisi kritis dan fasa superkonduktif homogen terbentuk pada suhu T c = 80–92 K dan T c = 10-110 K, berturut-turut pada Y-123 dan Bi-2223 [2-6].
Suhu transisi kritis Y-123 bisa menyusut hingga 80 K dari keadaan ideal 92 K karena ada fasa pengotor di dalam cuplikan, antara lain berupa fasa Y-123 yang kekurangan oksigen, dan fasa hijau Y-211 . Demikian pula suhu transisi kritis pada Bi-2223 dapat berkurang
Gam bar 5 . Ilustrasi skematis proses pelelehan
superkonduktor Y-123. 1200 1000 S u h u (C ) Waktu (jam)
Gambar 6 . Efek Meissner pada Y-123 , tampak magnet Nd-Fe-B melayang di atas pelet Y-123
Gambar 7 . Grafik hubungan antara resistivitas dalam Ohm-cm terhadap suhu dalam Kelvin dengan suhu transisi kritis, T c = 89K pada Y-123 hasil pelelehan.
Suhu (K)
hingga 10 K dari keadaan ideal 110 K, akibat kehadiran fasa Bi-2212, dan Bi-2201 . Gambar 7 dan 8 adalah grafik hubungan antara resistivitas terhadap suhu berturut- turut pada Y-123 dan Bi-2223 .

## STRUKTUR KRISTAL
Struktur kristal bahan dianalisis dengan metode Rietveld berdasarkan pada data difraksi sinar-x atau difraksi neutron. Dengan metode Rietveld, fasa-fasa yang terbentuk dapat diidentifikasi dan kemudian ditentukan jumlah kandungannya di dalam cuplikan. Sehingga besaran-besaran seperti T c , jenis dan kadar fasa-fasa yang ada dan parameter-parameter preparasi (kalsinasi, sintering , dan lain-lain), dapat dikorelasikan. Gambar 9 adalah profil pola difraksi sinar-x hasil analisis dengan metode Rietveld pada Y-123 hasil pelelehan, cuplikan terdiri dari dua fasa yakni Y-123 dan fasa hijau Y-211 .
Y-123 memiliki dua bentuk struktur, yakni struktur ortorombik yang superkonduktif ( Y-123-S ) dan struktur tetragonal yang semikonduktif ( Y-123-T ), sedangkan Y-211 adalah isolator. Pada Y-123-S , sumbu- a dan sumbu- b pada bidang CuO berturut-turut diisi oleh atom oksigen dan kekosongan, menyebabkan a  b . Sedangkan pada Y-123-T, sumbu- a dan sumbu- b bidang CuO tidak ditempati oksigen. Struktur kristal Y-123-S ditunjukan pada Gambar 10.
Gambar 11 adalah profil pola difraksi sinar-x hasil analisis dengan metode Rietveld pada Bi-2223 komposit Ag, cuplikan terdiri dari Bi-2223, Bi-2212, Bi-2201, Ag , dan Ag 2 O . Pembawa muatan dalam STT adalah lubang- lubang yang terdistribusi pada bidang CuO 2 . Fakta menunjukkan bahwa seluruh fasa-fasa STT memiliki bidang CuO 2 dalam struktur kristalnya. Bi-2212 serupa dengan Y-123 memiliki dua bidang CuO 2 , sedangkan pada struktur kristal Bi-2223 terdapat tiga bidang CuO 2 . Bidang CuO 2 membentuk piramida CuO 5 , pada Y-123 titik puncak piramida ( apical ) adalah atom oksigen pada
Gambar 9 . Adalah profil pola difraksi sinar-x hasil analisis dengan metode Rietveld pada Y-123 hasil proses pelelehan dengan parameter input dari 99,6% Y-123 dan 0,4% Y-211 , R WP = 9,94; dan R P = 7,88 [23].
Gambar 10 . Struktur kristal Y-123-S, sistem kristal ortorombik, grup ruang Pmmm, No.47, parameter kisi : a = 3,886(1) Å, b = 3,825(1) Å dan c =11,667(7) Å.
Gambar 11 . Profil pola difraksi sinar-x hasil analisis dengan metode Rietveld pada Bi-2223 komposit Ag, cuplikan terdiri dari 66,56% Bi-2223; 23,80% Bi-2212; 6,74% Bi-2201; 2,79% Ag; dan 0,12% Ag 2 O , dengan R wp = 11,14 [6].
Gambar 8 . Hubungan antara resistivitas dalam Ohm-cm dan suhu dalam Kelvin pada cuplikan oksida Bi-2223 dengan doping Pb . Suhu (K)

## Review : Kegiatan Litbang Superkonduktor Tc Tinggi di P3IB-BATAN (Engkir Sukirman)
bidang BaO dan apical pada Bi-2212 dan Bi-2223 adalah oksigen pada bidang SrO (Gambar 12).

## STRUKTUR MIKRO
Gambar 13 dan 14 berturut-turut adalah struktur mikro STT diperoleh dengan mikroskop elektron sapuan ( SEM ) pada Y-123 hasil proses sintering dan Y-123 hasil pelelehan. Tampak jelas pada gambar tersebut bahwa dengan pelelehan, butir-butir kristal terorientasi ke suatu arah tertentu, yakni arah sejajar bidang ( a,b ). Oleh karena itu rapat arus kritis J c meningkat dari 2,57x10 2 A/cm 2 pada Y-123 produk sinter menjadi 3,43x10 3 A/cm 2 pada Y-123 hasil pelelehan.

## ALAT PERAGA ( KIT )
Tujuan pembuatan alat peraga ( kit ) fenomena superkonduktivitas adalah untuk memperkenalkan superkonduktor kepada siswa sekolah menengah umum dan mahasiswa, yakni melalui pertunjukan beberapa fenomena fisis yang terjadi pada superkonduktor , antara lain efek Meissner , suhu transisi kritis T c , dan rapat arus kritis J c .
Bahan dan peralatan pendukung yang diperlukan untuk mengoperasikan kit adalah nitrogen cair, voltmeter, sumber arus dan ampermeter. Alat ini diharapkan dapat menjadi jembatan, khususnya bagi para siswa SMU dan mahasiswa untuk mengenali apa itu superkonduktor. Alat peraga tersebut terdiri dari tiga komponen utama, yakni : pelet Y-123 , probe empat titik, termokopel dan sangkar logam ( casing) .

## FAULT CURRENT LIMITTER (FCL)
Salah satu bentuk aplikasi bulk Y-123 adalah sebagai pembatas arus gagal ( FCL ). FCL adalah pengontrol arus yang dirancang untuk merespon dan menyerap gangguan daya yang tidak diharapkan dalam suatu jaringan listrik, sedemikian sehingga kehilangan
Gambar 12 . Struktur kristal Bi-2223, sistem kristal tet- ragonal, grup ruang I4/mmm, No.139, parameter kisi : a = b = 3,820(2) Å dan c = 37,15(2) Å.
Gambar 14 . Struktur mikro pada Y-123 hasil proses pelelehan dengan laju pendinginan 20  C/jam. Daftar keluarga STT yang telah terbukti reprodusibel [20].
Gambar 15 . Skema kit , (atas) tampak atas dan (bawah) tampak samping, dimana angka 1, 2 dan 3 berturut-turut adalah probe termokopel, probe tegangan dan probe arus.
Gambar 13 . Strukturmikro pada Y-123 hasil proses sintering
daya listrik atau kerusakan peralatan di dalam jaringan tersebut dapat dihindarkan. FCL dipasang terutama pada sistem transmisi dan distribusi di daerah-daerah yang padat populasinya. Dengan dipasangnya FCL pada sistem jaringan tersebut maka kualitas keselamatan ( safety ), dan keandalan ( reliability ) sistem meningkat. FCL cocok ( compatible ) dengan alat-alat pelindung yang sudah ada, dan arus maksimum yang diijinkan dapat disetel, ini berarti fleksibilitas sistem akan lebih besar, dan oleh karenanya dengan FCL bisa memperpanjang usia pakai sistem transmisi dan distribusi, yang berarti menurunkan biaya investasi. Suatu system integrator team di AS yang bernama Lockheed Martin [16] menaksir bahwa FCL akan dapat menciptakan suatu pasar domestik yang potensial berkisar antara 3-7 milyar dolar AS dalam limabelas tahun mendatang.
Tujuan penelitian adalah mengaplikasikan pelet YBa 2 Cu 3 O 7-x ( Y-123 ) hasil proses pelelehan pada pembatas arus gagal FCL model induktif yang memenuhi kriteria aman dan handal. Untuk itu dibuat rancang bangun ( design and construction ) FCL skala kecil, kemudian dikembangkan menjadi suatu prototipe FCL dan selanjutnya dilakukan uji unjuk kerja. Kriteria FCL yang aman dan handal adalah jika FCL tersebut mampu membatasi arus gagal tanpa overvoltage dan memiliki mode operasi self-switching , yakni transisi dari keadaan superkonduktor ke normal dan kembali ke keadaan superkonduktor lagi berlangsung otomatis segera setelah kondisi gagal berlalu. Agar karakteristik peralihan keadaan tersebut bisa berlangsung, maka diperlukan media rangkaian listrik, dalam hal ini dipilih topologi transformator, yakni sebuah transformator dengan lilitan sekunder dari superkonduktor berupa cincin dan lilitan primer dari kawat tembaga biasa, seperti ditunjukkan pada Gambar 16.

## PENUTUP
Sesungguhnya superkonduktor T c tinggi (STT) ini masih merupakan sesuatu yang baru dan di dalamnya masih menyimpan misteri yang belum terungkap dengan
jelas. Dengan perkembangan yang cepat dalam bidang ini, diharapkan bahwa pada suatu hari nanti akan ditemukan superkonduktor yang dapat dioperasikan pada suhu ruang. Sehingga kita mungkin akan menjadi saksi terjadinya revolusi industri dengan skala dan dampak yang jauh lebih besar dibandingkan dengan revolusi industri yang terjadi sebelumnya yakni pada waktu semikonduktor ditemukan.

## DAFTAR ACUAN
[1]. J.G. BEDNORZ AND K.A. MULLER, Z. Phys . B 64 , (1986) 189.
[2]. WURYANTO, Kumpulan Hasil Penelitian Kelompok Superkonduktor, Riset Unggulan Terpadu-I , Pusat Penelitian Sains Materi, BATAN, Kawasan Puspiptek Serpong, 19 Maret 1996.
[3]. E. SUKIRMAN, PRASUAD, DAN WURYANTO, Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir, PPNY-BATAN, Yogyakarta, 8-9 Juli 1997.
[4]. ENGKIR SUKIRMAN, P. SULISWORO, YUSTINUS, ARI HANDAYANI, DAN PURWANTO , Prosiding Seminar Nasional Fisika Terapan dan Lingkungan, P3FT-LIPI, Puspiptek Serpong, 8 Desember 1997.
[5]. ENGKIR SUKIRMAN, PUJI SULISWORO, W. PRASUAD, DAN WURYANTO, Proceedings The 1997 Workshop on The Utilization of Research Reactors, BATAN-Indonesia, STA-Japan, JAERI- Japan, Bandung, November 6-13, (1997).
[6]. E. SUKIRMAN , W. ARI ADI, P. SULISWORO DAN W. PRASUAD, Proceedings The 1998 Workshop on The Utilization of Research Reactors, BATAN-Indonesia, STA-Japan, JAERI- Japan, Yogyakarta, Februari 8-14, (1999).
[7]. JHONSIUS M., EKO, H. SUDJIONO, T. SARAGI, IMAM S., GRACE S., M. BUDIMAN, DAN M. BARMAWI, Proceedings Industrial Electronics
Seminar 1999, Institut Teknologi Sepuluh November, Surabaya, October 27-28, (1999).
[8]. JHONSIUS M., EKO, H. SUDJIONO, T. SARAGI, IMAM S., WURYANTO, DAN M. BARMAWI, Penumbuhan Film Tipis Bi-Sr-Ca-Cu-O pada
Substrat Si(100) dengan Lapisan Penyangga
SrTiO3(100), Laporan Teknis, Jurusan Fisika ITB, Bandung, (2000).
[9]. WURYANTO, GRACE TJ. S., SUPARDI, E. SUKIRMAN, W. PRASUAD, YUSTINUS, Prosiding Konperensi Nasional I, Jaringan Kerjasama Kimia Indonesia (JASA KIAI), Yogyakarta, 15-16 Juli 1997.
[10]. E. SUKIRMAN, W. ARI ADI, P. SULISWORO, DIDIN S. WINATAPURA, WURYANTO, P. PURWANTO, DAN YUSTINUS, Pembuatan Alat Peraga Fenomena Superkonduktivitas untuk
Gambar 16 . Diagram skema FCL berdasarkan topologi transformator.

## Sekolah Menengah Umum dan Universitas,
Laporan Teknis BBM, P3IB, BATAN, Serpong, (2000).
[11]. M. JOO AND T.K. KO, IEEE Trans. Appl. Supercond . 6 , (1996), 62.
[12]. V. MEEROVICH,V.L.SOKOLOVSKY, M. SLONIM, G.E. SHTERAND G.S. GRADER, IEEE Trans. Appl. Supercond . 3 , (1993), 3033. [13]. P. TIXADOR, IEEE Trans. Appl. Supercond . 4 ,
(1994), 190.
[14]. W. PAUL, T.H. BAUMANN, J. RHYNER AND F. PLATTER, IEEE Trans. Appl. Supercond . 5 , (1995), 1059.
[15]. D.W.A. WILLEN AND J.R. CAVE, IEEE Trans. Appl. Supercond . 5 , (1995), 1047.
[16]. D. LARBALESTIER, R.D. BLAUGHER, R.E. SCHWALL, R. S. SOKOLOWSKI, M. SUENAGA, J.O. WILLIS, Power Applications of Superconductivity in Japan and Germany, WTC Panel Report, WTC Hyper-Librarian, September (1997).
[17]. L.E. MURR, A.W. HARE AND N.G. EROR, Introduction the Metal Matrix High Temperature Superconductor , Advanced Materials and Process,
(1987), 36-44.
[18]. A.I. BRAGINSKI AND W. LUDWIG, ISEC’97 , 1 ,
(1997), 121.
[19]. H.S. KWOK AND D.T. SHAW, Superconductivity and Its Applications , Elsevier, New York, Amsterdam, London, London, (1998), 201.
[20]. M. CYROT AND D. PAVUNA, Introduction to Superconductivity and High-Tc Materials, World Scientific, Singapore, New Jersey, London,
Hongkong, (1992), 174.
[21]. ENGKIR SUKIRMAN, Pengaruh Distribusi Kekosongan Oksigen pada Superkon-duktivitas YBa2Cu3O7-x , Tesis Magister, Program Studi
Materials Science, Fakultas Pascasarjana UI, (1991).
[22]. GRACE TJ. SULUNGBUDI, Pembuatan Lapisan Tipis Superkonduktor Y-Ba-Cu-O dan Bi-Sr-Ca- Cu-O , Laporan Riset RUT-V Ilmu Bahan, Kantor
Menteri Negara Riset dan Teknologi-Dewan Riset
Nasional, Jakarta (2000).
[23]. ENGKIR SUKIRMAN, WISNU ARI ADI, DAN SALMAH, Majalah BATAN , XXXIII , 1/2, (2000).