ProsidingPertemuanllmiah SainsMateri 1996
MEKANISME PERANAN DOPAN Pb PADA SUPERKONDUKTIVIT AS FASA Tc TINGGI Bi-Sr-Ca-Cu-O. Engkir, S!, prasuad2,Puji, S!, daDWuryanto2
ABSTRAK MEKANISME PERANAN DOPAN Pb PADA SUPERKONDUKTIVITAS FASA Tc TINGGI Bi-Sr-CaCu-O. Mekanisme peranan dopan Pb pacta superkon-duktivitas Fasa Tc Tinggi (FTT) Bi-Sr-Ca-Cu-O telah diteliti. Cuplikan FTT dengan doping Pb (OPB) daD tanpa doping Pb (TPB) disintesis dengan metode reaksi padatan. Karakterisasi cuplikan dilakukan dengan pengukuran suseptibilitas, resistivitas, pola difraksi neutron, dan struktur mikro. Struktur kristal bahan dianalisis dengan bantuan perangkat lunak RIETAN. Hasil analisis menunjukkan bahwa TPB mengandung 23% m daD 77% Fasa Tc Rendah (FTR), sedangkan OPB terdiri dari 73% m daD 27% FTR. Pb masuk ke dalam sistem kristal FTT dengan cara menggantikan 8% ion Bi, sehingga oksigen 0(3) pacta bidang SrO bergeser sejauh 0,397 A mendekati Cu(2) pactabidang Cu(2)°2- daDbidang BiO bergeser ke arab sebaliknya sejauh 0,672 A, rapat arus kritis Jc meningkat dari 2,5 Alcm2 menjadi 2,lx102 Alcm2, suhu transisi kritis Tc bertambah dari 94 K menjadi 104 K daD parameter kisi c tidak berubah. Dari datatersebut disimpulkan bahwa dengan doping Ph, FTT yang terbentuk meningkat 3,2 kali lebih banyak, struktumya lebih stabil karena dua bidang BiO saling berdekatan, Jc meningkat 100 kali lebih besar akibat konektivitas antara sub-sel satuan lebih baik, daD Tc bertambah 10 K akibat memendeknya jarak oksigen apica/-Cu
ABSTRACT THE MECHANISM OF Pb DOPANT ROLE ON THE HIGH Tc PHASE SUPERCONDUCTIVITY OF Bi-Sr-Ca-Cu-O. The mechanism ofPb dopant role on the High Tc Phase (HTP) superconductivity of Bi-Sr-Ca-Cu-O has been investigated. HTP samples with and without Pb doping were synthesized by solid state reaction method. The samples characterization were carried out through a susceptibility-, resistivity-, neutron diffraction profile-, and micro structure measurements. Crystal structure of the samples were analyzed using RIET AN software. The analysis results show that sample without Pb doping consist of 23% FTT and 77% Low Tc Phase (L TP), while sample with Pb doping have 73% HTP and 27% LTP. Pb enter into HTP crystal system by 8% substitution of Bi ion for Ph, so that 0(3) oxygen on SrO plane make a displacement of 0.397 A close to the Cu(2) position on CU(2)02 plane, and BiO plane move in the opposite direction from SrO plane, the critical current density Jc increase from 2.5 Alcm2 to 2.1 x 102 Alcm2, the critical transition temperature Tc change from 94 K to 104 K, and there is no change in c-lattice parameter. It is concluded that with Pb doping, HTP content increase 3.2 times more, it's structure will be more stable due to the two BiO plane come closer to each other, Jc increase 100 times higher due to improvement of the connection between two sub-rei, and Tc is 10 K higher because of shortening apical oxygen-Cu chain.
PENDAHULUAN Superkonduktor oksida yang sudah dikenal orang dengan baik adalah sistem YBa-Cu-O (Fasa 123, Tc ~ 90 K) daD sistem Bi-Sr-Ca-Cu-O (Fasa 2212, Tc ~ 80 K daD Fasa 2223, Tc ~105 K). Sistem Bi-Sr-CaCu-O selanjutnya disebut sistem BSCCO daDFasa 2212 daDFasa 2223 secarabeturutturut disebut FTR daD FTT. Diakui oleh para peneliti bahwa tanpa pendopingan, rasa tunggal FTT sulit ditumbuhkan. Hal ini karena struktur kristalnya tidak stabil akibat adanya derajat ketidakteraturan yang tinggi antara lapisan bidang-bidang CUO2, srO, BiO daD Ca .Ketidakteraturan itu terjadi karena reaksi padat pembentukan FTT berlangsung pada suhu mendekati titik
leleh senyawa (... 870°C), disaat mana mobilitas ion penyusun sangattinggi [I]. Pada penelitian terdahulu [2], telah berhasil disintesis rasa tunggal FTT yang didoping Pb dengan menerapkan sintering ulang metode reaksi padatan. M. Pissas daD D.Niarchos [3] menemukan bahwa substitusi parsial Hi dengan Pb daD Sb mempermudah pembentukan FTT. Namun demikian, mekanisme peranan dopan-dopan tersebut dalam pembentukan FTT masih belum jelas. Data eksperimen yang mengungkap masalah ini sangat bermanfaat untuk digunakan sebagai
suatu masukan bagi pengembanganteori tentang mekanisme superkonduktivitas dalam bahan keramik yang hingga saat ini belum ditemukan. Pembawa muatan dalam superkonduktor keramik adalah lubang-lubang yang
1. Disajikan pada Pertemuan Ilmiah Sains Materi, Serpong 22-23 Oktober 1996. 2. Pusat Penelitian Sains Materi-BATAN, Kawasan Puspiptek Serpong 15314.
363
~ ~ida
terdistribusi pacta bidang CUO2[4]. Fakta menunjukkan bahwa seluruh rasa superkonduktor di atas memiliki bidang CUO2dalam struktur kristalnya. FTR serupa dengan Fasa 123 memiliki dua bidang CUO2, sedangkan pacta stuktur kristal FTT terdapat tiga bidang CUO2. Bidang CUO2membentuk piramida CuOs pactaFasa 123 titik puncak piramida (apica'/) adalah atom oksigen pacta bidang BaO daD apical pactaFTR daD FTT adalah oksigen pacta bidang SrO. Hasil penelitian terdahulu pacta Fasa 123 [5] menunjukkan bahwa Tc meningkat sejalan dengan memendeknya jarak oksigen apicalCu. Matsukawa daD Fukuyama [6] melaporkan basil pengkajian teoritis pacta superkonduktor berbasis Cu, bahwa Tc meningkat hila jarak oksigen apical-Cu menyusut. Hal ini tampaknya berkaitan dengan basil studi efek tekanan pacta sistem BSCCO [7] yang menunjukkan bahwa Tc meningkat sejalan dengan naiknya tekanan yang diberikan pacta cuplikan. Tujuan penelitian ini mempelajari mekanisme peranan dopan Pb pada superkonduktivitas Fasa Tc Tinggi. Hipotesa yang akan diuji adalah bahwa dalam superkonduktor Bi-Sr-Ca-Cu-O, jika sebagian ion Bi diganti dengan ion Pb, atom oksigen pada bidang srO bergerak mendekati atom Cu pada bidang CUO2,bidang BiO bergerak ke arab mejauhi bidang SrO, memperkuat ikatan antara bidang dasar BiO daD mempengaruhi batas butir.
2. Mengukur pola difraksi neutron dengan tujuan untuk mengamati : a) perubahan konstanta kisi terutama dalam arab sumbu-c, b) jarak antar atom., c) parameter suhu. 3. Mengamati struktur mikro cuplikan BSCCO sebelum clan sesudah doping Pb dengan SEM/EDAX. Pengamatan dilakukan di Lab BTK-
BAHAN DAN TATA KERJA
4.
Kedua jenis cuplikan disintesis dengan metode reaksi parlato Diagram alir proses sintesis superkonduktor sistem BSCCO dengan metode reaksi padat ditunjukkan pada Gambar I. Spesiflkasi suhu clanperiode masing-masing pada proses kalsinasi daD sintering untuk kedua jenis cuplikan ditunjukkan pada Tabel I. Bahan yang diperlukan adalah oksida dalam bentuk serbuk minimal dengan kemumian p.a yakni Bi2O3, PbO, CaCO3,
srCo3 danCuD. Dari kegiatan ini didapat cuplikan FTT dengan doping Pb (DPB) clan bebas doping (TPB). Selanjutnya dilakukan karakterisasi cuplikan dengan tara : I. Mengukur suhu transisi kritis Tc, rapat arus kritis Jc, clan suseptibilitas X berturut- turut dilakukan di Lab. Jurusan Fisika-ITB, Lab. Elektrokimia-PPSM, clan Lab. Elektro-P3FT LIPI. Tc dan Jc diukur dengan menggunakan metode probe empat titik, clan X diukur dengan menggunakan jembatan induktansi
mutual[8].
PPSM. Disiapkan cuplikan superkonduktor FTT dengan komposisi nominal a) tanpa doping: Bi2,ISSr2,OCa2,O3Cu3,O6010, daD b) doping Pb : Bi..,S4Pbo,34Sr2,OCa2,O3Cu3,O60JO,
Analisis data difraksi dengan program RIET AN'94, dilakukan di Lab. FZM-
PPSM.
Tabel 1. Data suhu/periode kalsinasi, sintering dan proses pendinginan yang disyaratkan bagi kedua ienis cuolikan. Peletisasi dilakukan denl!an tekanan 8-10 ton. Cuplikan
SuhuIPeriode Kalsinasi
BSCCO TanoaDooing
(Co/jam) 825/24 810/24
HASIL DAN PEMBAHASAN Data pengukuran suseptibilitas magnetik pada cuplikan TPB dan DPB ditampilkan berturut-turut pada Gambar 2 dan Gambar 3. Kedua cuplikan menampilkan transisi diamagnetik tidak single step. step pertama terjadi pada T ~ 120 K. Ini berarti bahwa baik TPB maupun DPB
364
SuhulPeriodeSintering
(~j&m) 875/100 850/100
Pendinginan Ii dalarn tungku
lam tun~u
adalah cuplikan superkonduktor berfasa ganda, yakni FTT dan FTR. Karena FTT memiliki suhu transisi kritis lebih tinggi dibanding FTR, maka step pertama adalah akibat FTT. Stepkedua tidak teramati secara utuh karena alat tidak mampu mengukur pada suhu di bawah 80 K. Steppertama pada DPB tampak lebih curam dan dalam
r.
Gambar 4 clan Gambar 5. Resistivitas kedua cuplikan menyusut secara linier sejalan dengan turunnya suhu dari suhu ruang hingga suhu onset (Ton). Hal ini berarti bahwa pada daerah suhu tersebut, kedua cuplikan bersifat logam. "0 X
80 60
'"
40 201
0
J 160 s.;.. ("K)
Gambar 4. Hubungan antara resistivitas (Om-cm)daDsuhu(K) padacuplikanoksida Bi-Sr-Ca-Cu-Otanpadoping Pb (TPb) 2.51 "0
I
~ 2.0 1.5 I
)::):1
".
';..
Gambar 1. Diagram alir Proses sintesis superkonduktor keramik sitemBSCCO. 0.0
..
100
_'2J~
!
..~.
124
, 250 12~~75
."..,.,.,, ..., 90 .,
,
,
105
120
135
Suhu T (K)
Gambar 2. Hubunganantara suseptibilitas magnetik(satuansembarang)dan suhu (K) pada cuplikan Bi-Sr-Ca-Cu-Otanpa doping Pb(TPB) -; .!.
I~
.1270
.1 $
.
.I
~ 1275 ~
i
~ 1280 1.28~ 1290
-, 75
140
160 SYhu ("K)
Gambar 5. Hubungan antara resistivitas (Om-cm) dan suhu (K) pada cuplikan oksida Bi-Sr-Ca-Cu-O dengan doping Pb (DPb)
~ ' 240 :
120
" gO
105
J 120
1JS
Suhu T (K)
Gambar 3. Hubungan antara suseptibilitas magnetik (satuan sembarang) daD suhu (K) pada cuplikan Bi-Sr-Ca-Cu-O dengan doping Pb (OPB)
Data resistivitas pada cuplikan TPB dan OPB berturut-turut ditunjukkan pada
Resistivitas bahan turun secara mendadak pada pendinginan selanjutnya. Dikatakan bahwa bahan mengalarni transisi superkonduksi mulai suhu onset. TPB clan DPB masing-masing memiliki Tonpada 116 K. Narnun demikian, transisi superkondlIksi tersebut tidak berjalan mulus akibat adanya rasa kedua di dalam cuplikan; hal ini sesuai dengan data suseptibilitas di atas. Kehadiran rasa kedua terlihat lebih jelas pada data resistivitas. Garnbar 5 menunjukkan bal.1wa pada DPB yang dominan adalah FTT daD sebaliknya pada TPB yang dominan adalah FTR (Garnbar 4). Jika transisi FTT diekstrapolasikan hingga memotong ;,umbu horizontal, didapat titik potong pada suhu 94 K (TPB) daD 104 K (DPB). Jadi FTT memiliki suhu transisi kritis Tc ~ 94 K pada TPB dan Tc ~ 104 K pada DPB. Harga Tc ~ 104 K sarna dengan basil yang diperoleh Zhou [9]. Namun demikian Tc-FTT pada TPB terlalu rendah, hal ini disebabkan lemahnya kopel antar butir [10].
365
-J.
Data difraksi neutron pactaTPB dan DPB basil analisis denganmetode Rietveld ditunjukkan berturut-turut pacta Gambar 6 dan Gambar 7.
.
'"
.~ 'b
;;
C
.C
'"
-0"
~J~,.~~~~~ . 'I' ~111'n'I~I'1"1'1~IV,"j\M'"~I~'l\i,I"'"'.."""
1.:::::L=~~~~. 0
",
."
bO
."
""
"0
,."
"0
"'ud,,' .. Gambar tinggi
6. pad
a
doping
Pb
metode
Rietveld.
Pola
difraksi
cuplikan (TPB)
neutron Bi-Sr-Ca-Cu-O
basil
Tabel 2. Faktor R (~,
pengolahan
resolusi tanpa
Gambar 7. Pols difraksi neutron resolusi tinggi pads cuplikan Bi-Sr-Ca-Cu-Odengan doping Pb (DPB)hasil pengolahandengan metodeRietveld.
dengan
Rp, RI, RF) dan faktor S hasil kalkulasi dengan metode Rietveld pacta
cuplikanTPB dan OrB.
Pola difraksi basil observasi ditampilkan dengan titik-titik daD basil kalkulasi ditunjukkan dengan garis malar (solid line). Kualitas kecocokan antara pola observasi daD kalkulasi secara visual diperlihatkan pada gambar dibawahnya. Nilai kualitas kecocokan dinyatakan dengan faktor R daD S atau disebut juga indeks reliabilitas (Tabel 2). Tampak pada Tabel 2 bahwa OPB memiliki nilai kualitas kecocokan yang lebih baik. Hal ini karena pada awal proses, penumbuhan FTT selalu disertai dengan terbentuknya FTR daD rasa-rasa antara seperti (Sr,Ca)3CuSOx,CuO, Ca2PbO4 daD Bi2Sr2CuO6'Pada akhir proses penumbuhan FTT (saat sintering), rasa-rasa antara tersebut bereaksi dengan FTR membentuk FTT. Pada senyawa dengan doping Ph, reaksi rasa antara dengan FTR berlangsung lebih cepat, karena ada mediator Ca2PbO4 [11]. Sehingga pada OPB secara dominan adalah FTT. Oengan demikian FTR dan rasa-rasa antara yang tersisa sudah tinggal sedikit lagi. Fasa antara ini akhimya diperlakukan sebagai impuritas. Jelaslah bahwa impuritas pada TPB lebih banyak dibanding impuritas pada OrB. Oleh karena itu, TPB memiliki kualitas kecocokan lebih rendah. Hampir semua posisi puncak observagi dan kalkulasi tepat berimpitan. lni berarti parameter kisi basil kalkulasi sudah akurat. Namun demikian, data intensitas
366
observasi pada umumnya di atas intensitas kalkulasi, yang tampak mencolok adalah puncak (220) FTR pada 28 = 56,920°. Tinggi-rendahnya puncak difraksi bergantung pada fraksi koordinat atom (x,y,z), faktor hunian atom (gj), daD faktor koreksi : parameter suhu (Qj), faktor skala (Sj ), daD parameter orientasi preferred (Pj). Data fraksi koordinat atom, daD faktor hunian atom ditunjukkan pada Tabel 3 daD Tabel 6. Fraksi koordinat atom dapat dihitung hingga tiga atau empat angka di belakang koma. Demikian pula faktor koreksi intensitas (Tabel 7), sekurangkurangnya dapat dihitung hingga satu angka di belakang koma, kecuali parameter suhu memiliki ketelitian yang kurang baik. Boleh jadi parameter suhu itulah penyebab adanya deviasi intensitas observasi dan kalkulasi. Harga parameter suhu yang besar dan ketelitian rendah mencerminkan labilnya atom-atom yang bersangkutan. Tampak pada Tabel 7, bahwa parameter suhu atom-atom FTT, baik pada TPB maupun DPB berharga sarna,namun DPB memiliki ketelitian lebih tinggi. Jika faktor hunian atom gj pada TPB (Tabel 3) diperhalus, iterasi selalu terhenti akibat koefisien matrik tidak nyata positif (NDP). Oleh karena itu gj diambil tetap pada harga nominalnya. Harga gj atom Bi dan Pb basil penghalusan pada DPB berturut-turut adalah g(Bi) = 4,7(8) daD g(Pb) = -3,7(8).
Tabel 3. Faktor hunian atom gj daD koordinat fraksi Xj, Yj, Zjpada FTT (parameter kisi a = b = 3,825(3) A, c = 37,1(3) A) daD FTR (parameter kisi a =5,414(4) A, b = 5,403(2) A daD c = -cuplikan
TPB.
Fasa
Atom
FTT
Bi Ca
c c
Sr Ca Cu I
~ ~~
~ ~
.9JJ.. .9JJ.. .9JJ..
~ ~
-1!!-1!!-
.9JJ..
~
0 0 0 0(4) Bi
FTR
.9JJ.. ..Q2..
1Q 1Q~
Sr
~
k2
~
.9JJ..
-1!!-~ -1!!-
.9JJ..
~
.9JJ.. .9JJ..
~
0(1)I
1,0 dilakukan
menerapkansyarat batas:
dengan
g(Pb) = 1,0-
g(Bi). Sedangkan jika syarat batas itu tidak diterapkan, iterasi terhenti akibat koefisien matrik tidak nyata positip (NDP). Karena nilai g(Bi) dan g(pb) tersebut tidak rasional, kemungkinan Pb masuk ke site-site: Sf, dan/atau Ca, dan/atau Cu(I), dan/atauCu(2). Hasil iterasi pertama, g(Pb) pada site Ca dan Cu(2) masing-masing berharga negatip, ini berarti Pb tidak masuk di kedua site itu. Hasil iterasi kedua, g(Pb) pada site Bi daD Sr berharga negatip, jadi Pb tidak ada di kedua site tersebut. Hasil iterasi ketiga, g(Pb) pada site Cu(l) bemilai negatip, dengan demikian Pb juga tidak masuk ke site Cu(l) tersebut. Akhimya pada iterasi keempat, g(Cu(I» dan g(Cu(2» diambil tetap pada harga nominalnya, karena jika diha/uskan faktor hunian kedua atom itu masing-masing berharga lebih besar dari 1,0. Jelaslah bahwa berdasarkan data pengha-
.92..92.-
~
1Q lzQ
~
0(2)
Iterasi
~
0,192(3) 0,149(4) 0,052(8) 0,0 0,088(3) 0,0 0,088 3 0,1494) 0,192(3)
0.0
~
0,197(1)
-9-:9-.-
, ~
.92..92.-
0,111(1) 0,0
I I
~ ~
O:o60(~-1 O:O51{1)
I
.92.0,0
Q,I~Z{!2
I
lusan ini, Pb tidak masuk ke dalam struktur kristal FTT. Hal ini tidak mungkin, karena data pengamatan sifat listrik daD sifat maget bahan menunjukkan bahwa DPB secara dominan terdiri dari FTT. Jadi Pb pasti masuk ke dalam site Bi-struktur kristal FTT karena dampak fisisnya terlihat nyata. Tapi kenapa faktor hunian g(Pb) daD g(Bi) basil kalkulasi sangat tidak rasional. Boleh jadi karena a) mol-ratio Pb/Bi kurang dari 10%, daD b) panjang hamburan atom! berat atom Bi memiliki harga yang hampir sarna dengan panjang hamburanl berat atom Pb (Tabel 4 ), sehingga berkas neutron melihat kedua atom tersebut sebagai atom tunggal. Untuk menguji kebenaran dugaan ini, dilakukan penghalusan dengan variasi g(Pb) = 0,08-0,17 daD g(Bi) = 0,92-0,83. Harga indeks reliabilitas masing-masing variasi dibandingkan dengan indeks reliabilitas basil
penghalusan tanpa Ph. reliabilitas
dituliskan
Data indeks
pada
Tabel
5.
367
~~~
Tabel So Indeks reliabilitas pengha/usan FTT dan FTR pada harga tetap g(Pb) = 0,08-0,17 dan Q(Bi) = 0,92-0,83 dibandin kan den an indeks reliabilitas °ika (Pb ada Bi bemilai nolo
=
lndeks Reliabilitas
g(Pb)
g(Bi)
Tabel6. Faktor hunian atom gj daD koordinat fraksi Xj, Yj, Zjpada m ( parameter kisi 3,82(1) A, c = 37,1(1) A) daD FTR (parameter kisi a =5,42(1) A,b = 5,39(1) A daD c
a=b= 30,6(1)
1\)~uDlikanDPB. Fasa
Atom
FTT
Bi Pb
~ ~~
_2~~0,08 !,O-
Sr Ca
~
Cu(l)I
-I,O
1,0
Cu(2L
Q{.!l!;!ill
~,5J(9) ~ QQ2!2!::!1 ~~
~ ~ ~ ~ ~ ~~
~ ~~~ .9.2--
~~
0,2088 9 0,2088 9 0,137(1) 0,042(1 0,0 0,0867(6 0,0 0,0867(6) 0,137(1)
0,2088(22-
FTR
Bi Pb
0,92
~
~ 0,04(3) ~
Sr Ca
Cu I
0(1)
I
--~-
1_- 0(2)
l
Q~O~(~~
0(3)
_Q,7(2) Tampak bahwa harga indeks reliabilitas terkecil diperoleh jika di dalam site Bi ada 8 % Pb dan 92 % Bi. Tabel 6 adalah fraksi koordinat dan faktor hunian atom hasil penghalusan untuk komposisi g(Pb) = 0,08 dan g(Bi) = 0,92. Titik tempat atom Ca pacta FTR (Tabel 6) baru terisi 4 %, daD demikian pula posisi oksigen baru terisi sebagian, ini berari FTR masih dalam proses penumbuhan pada saat proses sintering kedua diakhiri. Jadi, jika periode sintering kedua diperpanjang, FTR dapat menyelesaikan pertumbuhannya
368
~ ~ ~ ~ ~~
~ ~ ~ ~ ~ ~ ~
~
0,0
0,185(~ 0,185(2 0,129 2 0,0 0,054(2 0,054(2) 0,1852
_°,_°
hingga mencapai stoikiometri sempuma, kemudian FTR tersebut bereaksi dengan rasa antara CuO dan Ca2PbO4membentuk FTT. Dengan demikian FTT pada DPB bisa mencapai 100 %, jika periode sintering diperpanjang. Hasil analis is menunjukkan bahwa dalam TPB mengandung 23% FTT dan 77% FTR, sedangkan DPB terdiri daTi 73% FTT dan 27% FTR. Jarak antar atom dalam arah sumbuc dapat dihitung dengan mudah daTi data fraksi koordinat atom dan parameter kisi c. Data jarak antar atom dalam sel satuan FTT
)-to ~ t.J
pada TPB daD DPB ditunjukkan pada Tabel 8. Tampak pada Tabel 8 bahwa manakala 8% atom Bi diganti dengan Pb, rantai Bi 0(3) bertambah panjang dari 1,6(1) A menjadi 2,66(6) A. Pertambahan panjang rantai Bi -0(3) adalah akibat 0(3) bergeser ke arah Cu(2) sejauh 0,4(1) A. Sementara itu, atom Bi bergeser ke arah sebaliknya sejauh 0,6(1) A. Atom Bi pada sub-sel di
bawahnya rnelakukan gerakan yang sarna, akibatnya dua bidang BiD saling rnendekat. Sehingga ikatan dua bidang BiD bertambah kuat dan struktur rnenjadi lebih stabil (Gambar 8). Dleh karena itu, rapat arus kritis Jc rneningkat dari 2,5 A/crn2 pada TPB rnenjadi 2, I x 102A/crn2 pada DPB akibat konektivitas sel-sellebih baik.
Tabel 7. Data faktor koreksiintensitas parameter orientasi preferred Pj, parameter suhu Qj, daD faktorskalaS;padaTPBA~~~~,Qi (A ")
TPB OPB
FTR
FTT
Cuplikan 3,74(6) 1,61(1)
I
SiX 10-4
Qi (A ")
3(2)
0,46(8) I 0,80(2)
3(1
1,13(6
2,3(5)
3,54(4)
S; X 10"
I
I_~-
1(2)
I
0,7(1
.=-
Ni)-~-.,--A I
, AI Y y-_,-¥-I"Y~1
Gambar 9 dan Gambar 10 berturutturut adalah grafik hubungan antara tegangan dan arus pada TPB dan DPB dalam lingkungan nitrogen cairo Rapat arus kritis Jc diperoleh dari hubungan Jc = Ic/0, dimana Ic = arus kritis (0, I A pada TPB dan 8,5 A pacta DPB) dan 0 = luas penampang cuplikan berbentuk balok ukuran 2x2x20 mm3 masing-masing untuk TPB dan DPB. Ketika 0(3) pacta bidang SrO bergeser mendekati Cu(2), ion CU2+berubah menjadi Cu3+ disertai dengan terbentuknya lubang elektron (0-) pacta bidang CU(2)02 (bidang konduksi). Jadi kerapatan pembawa muatan arus super (0") pacta bidang konduksi meningkat [12]. Oleh karena itu pula Tc daD Jc senyawa BSCCO meningkat jika didoping Ph. Dengan bergesemya atom 0(3) menjauhi Bi, disimpulkan bahwa pacta DPB ion Bi3+telah diganti dengan Pb2+. Struktur mikro DPB terdiri dari butir-butir seperti jarum (batang-batang kecil) panjang kira-kira 10 f.lm daD lebar I f.lm (Gambar II dan Gambar .12). Butir-butir yang berbentuk batang tersebut adalah FTT dan yang berbentuk bulat-bulat adalah FTR, sesuai dengan hasil penelitian T.K Chaki dan S. C. Tseng [13].
~~~~~--I--~ .-,r --: -¥
I
'
I
~~-'9
'I
1
-T-:;O
--6'~ I
~
@ Hi @ Sr (l7 Ca ([i!) Cu
$ r-.tJJ
00
c.
~
0i-
B1d8!18 Cu( 1 )1~2
Bid_USC-
Bid
5.. 01')
~
g14)
Cu(2)'~2
B1c1aq8..0 B1dans B10
Gambar 8. Struktur kristal rasa Tc Tinggi (FTT) superkonduktor Bi-Sr-Ca-Cu-O, sistem kristal tetragonal, grup ruang 14/mmm,nomor 139.
369
-
. c
~ :. o!
0.00
o.o~
ala
o.,~ Arus I (Amper)
Gambar 9. Hubungan antara tegangan (Volt) dan Arus (Ampere) pacta superkonduktor sistem Bi-Sr-Ca-Cu-Q tanpa doping Pb (TPB) dalam lingkungan nitrogen cairo
KESIMPULAN Manakala senyawa BSCCO Fasa Tc Tinggi (FTT) didoping Ph, maka terjadi pergeseran bidang-bidang : 1). Bidang SrO bergeser mendekati bidang konduksi CU(2)02, sedemikian sehingga menginduksikan pembawa muatan/lubang elektron (0") pada bidang konduksi, akibatnya Tc meningkat. 2). Bidang BiO bergerak ke bawah menjauhi bidang SrO, sehingga dua bidang BiO menjadi saling mendekat. Dengan demikian konektivitas antara sub-sel menjadi lebih baik, Jc meningkat clan terjadi peningkatan derajat keteraturan antara bidang-bidang, struktur lebih stabil, sehingga pembentukan FTT lebih mudah.
UCAPAN TERIMAKASIH
i AT.s I (Ampe.-)
Gambar 10. Hubungan antara tegangan (Volt) dan Arus (Ampere) pada superkonduktor sistem Bi-Sr-Ca-Cu-O dengandoping Pb (DPB) dalam lingkungan nitrogencairo
Gambar 11. Struktur mikro cuplikan superkonduktor Bi-Sr-Ca-Cu-O tanpa doping Pb (TPB) diperoleh dengan SEM, diperbesar 1,55 x 103kali
Gambar 12. Struktur mikro cuplikan superkonduktor Bi-Sr-Ca-Cu-O dengan doping Pb (OPB) diperoleh dengan SEM, diperbesar 1,55 x 103 kali
370
Ucapan terimakaih disampaikan kepada rekan-rekan teknisi HRPD di ISNPPSM, Lab. Elektro P3FT-LIPI, Lab. Fisika Material Jurusan Fisika ITB, clan teknisi SEM di BTK-PPSM alaSsegala bantuannya,
juga kepada Saudara Yatno (ISN-PPSM) alas bantuan pengetikan makalah ini.
9. C. J. ZHOU, D. L. TAO AND T. G. CHEN, PhysicoC/80, 365-372(1991). 10. H. KUMAKURA, K. TOGANO, K. TAKAHASI, E. Y ANAGISAWA, M. NAKAO AND H. MAEDA, Jpn. J. Appl. Phys.27, L2059 (1988). 11. S. Y. LEE, S. SUEHARA AND S. HORIUCHI, Physico C/85-/89, 477 (1991).
12. SUKIRMAN, PRASUAD, DAN E. YULIANTI, Pengaruh Kandungan Oksigen pada Superkonduktivitas Oksida (Bi,Pb)-Sr-Ca-Cu, disajikan pada Seminar Sains dan Teknologi Nuklir di PPTN-BATAN, Bandung1213Maret 1996. 13. T. K. CHAKI AND S. C. TSEl'lG, Supercond.Sci. Techno/. 3, 517-519 (1990).
371
