Prosiding Pertemuan llmiah Sains Materi 1996

MEKANISME PERANAN DOP AN Pb P ADA SUPERKONDUKTIVIT AS

FASA Tc TINGGI Bi-Sr-Ca-Cu-O.

Engkir, S!, prasuad2, Puji, S!, daD Wuryanto2

ABSTRAKMEKANISME PERANAN DOPAN Pb PADA SUPERKONDUKTIVITAS FASA Tc TINGGI Bi-Sr-Ca-

Cu-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 TPBmengandung 23% m daD 77% Fasa Tc Rendah (FTR), sedangkan OPB terdiri dari 73% m daD 27% FTR. Pb masukke dalam sistem kristal FTT dengan cara menggantikan 8% ion Bi, sehingga oksigen 0(3) pacta bidang SrO bergesersejauh 0,397 A mendekati Cu(2) pacta bidang Cu(2)°2- daD bidang BiO bergeser ke arab sebaliknya sejauh 0,672 A, rapatarus kritis Jc meningkat dari 2,5 Alcm2 menjadi 2,lx102 Alcm2, suhu transisi kritis Tc bertambah dari 94 K menjadi 104K daD parameter kisi c tidak berubah. Dari datatersebut disimpulkan bahwa dengan doping Ph, FTT yang terbentukmeningkat 3,2 kali lebih banyak, struktumya lebih stabil karena dua bidang BiO saling berdekatan, Jc meningkat 100kali lebih besar akibat konektivitas antara sub-sel satuan lebih baik, daD Tc bertambah 10 K akibat memendeknya jarak

oksigen apica/-Cu

ABSTRACTTHE 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-Ohas been investigated. HTP samples with and without Pb doping were synthesized by solid state reaction method. Thesamples characterization were carried out through a susceptibility-, resistivity-, neutron diffraction profile-, and microstructure measurements. Crystal structure of the samples were analyzed using RIET AN software. The analysis resultsshow that sample without Pb doping consist of 23% FTT and 77% Low Tc Phase (L TP), while sample with Pb dopinghave 73% HTP and 27% L TP. Pb enter into HTP crystal system by 8% substitution of Bi ion for Ph, so that 0(3) oxygenon 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 theopposite direction from SrO plane, the critical current density Jc increase from 2.5 Alcm2 to 2.1 x 102 Alcm2, the criticaltransition temperature Tc change from 94 K to 104 K, and there is no change in c-lattice parameter. It is concluded thatwith Pb doping, HTP content increase 3.2 times more, it's structure will be more stable due to the two BiO plane comecloser 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.

PENDAHULUANSuperkonduktor oksida yang sudah

dikenal orang dengan baik adalah sistem Y-Ba-Cu-O (Fasa 123, Tc ~ 90 K) daD sistemBi-Sr-Ca-Cu-O (Fasa 2212, Tc ~ 80 K daD

Fasa 2223, Tc ~105 K). Sistem Bi-Sr-Ca-Cu-O selanjutnya disebut sistem BSCCOdaD Fasa 2212 daD Fasa 2223 secara beturut-turut disebut FTR daD FTT. Diakui olehpara peneliti bahwa tanpa pendopingan, rasatunggal FTT sulit ditumbuhkan. Hal inikarena struktur kristalnya tidak stabil akibatadanya derajat ketidakteraturan yang tinggiantara lapisan bidang-bidang CUO2, srO,BiO daD Ca .Ketidakteraturan itu terjadikarena reaksi padat pembentukan FTTberlangsung pada suhu mendekati titik

leleh senyawa (... 870°C), disaat manamobilitas ion penyusun sangat tinggi [I].

Pada penelitian terdahulu [2], telahberhasil disintesis rasa tunggal FTT yangdidoping Pb dengan menerapkan sinteringulang metode reaksi padatan. M. Pissas daDD.Niarchos [3] menemukan bahwa substitusiparsial Hi dengan Pb daD Sb mempermudahpembentukan FTT. Namun demikian, meka-nisme peranan dopan-dopan tersebut dalampembentukan FTT masih belum jelas. Dataeksperimen yang mengungkap masalah inisangat bermanfaat untuk digunakan sebagaisuatu masukan bagi pengembangan teoritentang mekanisme superkonduktivitasdalam bahan keramik yang hingga saat inibelum ditemukan.

Pembawa muatan dalam superkon-duktor 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

terdistribusi pacta bidang CUO2 [4]. Faktamenunjukkan bahwa seluruh rasa superkon-duktor di atas memiliki bidang CUO2 dalamstruktur kristalnya. FTR serupa denganFasa 123 memiliki dua bidang CUO2,sedangkan pacta stuktur kristal FTT terdapattiga bidang CUO2. Bidang CUO2 membentukpiramida CuOs pacta Fasa 123 titik puncakpiramida (apica'/) adalah atom oksigen pactabidang BaO daD apical pacta FTR daD FTTadalah oksigen pacta bidang SrO. Hasilpenelitian terdahulu pacta Fasa 123 [5]menunjukkan bahwa Tc meningkat sejalan

dengan memendeknya jarak oksigen apical-Cu. Matsukawa daD Fukuyama [6] melapor-kan basil pengkajian teoritis pacta superkon-duktor berbasis Cu, bahwa Tc meningkathila jarak oksigen apical-Cu menyusut. Halini tampaknya berkaitan dengan basil studiefek tekanan pacta sistem BSCCO [7] yangmenunjukkan bahwa Tc meningkat sejalandengan naiknya tekanan yang diberikan pactacuplikan.

Tujuan penelitian ini mempelajarimekanisme peranan dopan Pb pada super-konduktivitas Fasa Tc Tinggi. Hipotesa yangakan diuji adalah bahwa dalam superkon-duktor Bi-Sr-Ca-Cu-O, jika sebagian ion Bidiganti dengan ion Pb, atom oksigen padabidang srO bergerak mendekati atom Cupada bidang CUO2, bidang BiO bergerak kearab mejauhi bidang SrO, memperkuatikatan antara bidang dasar BiO daDmempengaruhi batas butir.

Kedua jenis cuplikan disintesis denganmetode reaksi parlato Diagram alir prosessintesis superkonduktor sistem BSCCOdengan metode reaksi padat ditunjukkanpada Gambar I. Spesiflkasi suhu clan periodemasing-masing pada proses kalsinasi daDsintering untuk kedua jenis cuplikanditunjukkan pada Tabel I.

Bahan yang diperlukan adalahoksida dalam bentuk serbuk minimal dengankemumian p.a yakni Bi2O3, PbO, CaCO3,srCo3 dan CuD.

Dari kegiatan ini didapat cuplikanFTT dengan doping Pb (DPB) clan bebasdoping (TPB). Selanjutnya dilakukankarakterisasi cuplikan dengan tara :I. Mengukur suhu transisi kritis Tc, rapat

arus kritis Jc, clan suseptibilitas Xberturut- turut dilakukan di Lab. JurusanFisika-ITB, Lab. Elektrokimia-PPSM,clan Lab. Elektro-P3FT LIPI. Tc dan Jcdiukur dengan menggunakan metodeprobe empat titik, clan X diukur denganmenggunakan jembatan induktansimutual [8].

2. Mengukur pola difraksi neutron dengantujuan untuk mengamati : a) perubahankonstanta kisi terutama dalam arabsumbu-c, b) jarak antar atom., c)parameter suhu.

3. Mengamati struktur mikro cuplikanBSCCO sebelum clan sesudahdoping Pb dengan SEM/EDAX.Pengamatan dilakukan di Lab BTK-PPSM.

4. Analisis data difraksi dengan programRIET AN'94, dilakukan di Lab. FZM-PPSM.

BAHAN DAN TATA KERJADisiapkan cuplikan superkonduktor

FTT dengan komposisi nominal a) tanpa

doping: Bi2,ISSr2,OCa2,O3Cu3,O6010, daD b)

doping Pb : Bi..,S4Pbo,34Sr2,OCa2,O3Cu3,O60JO,

Tabel 1. Data suhu/periode kalsinasi, sintering dan proses pendinginan yang disyaratkan bagikedua ienis cuolikan. Peletisasi dilakukan denl!an tekanan 8-10 ton.

SuhuIPeriode Kalsinasi

(Co/jam)SuhulPeriode Sintering

(~j&m) PendinginanIi dalarn tungku

lam tun~u825/24810/24

CuplikanBSCCO

Tanoa Dooing 875/100850/100

~ida~

adalah cuplikan superkonduktor berfasaganda, yakni FTT dan FTR. Karena FTTmemiliki suhu transisi kritis lebih tinggidibanding FTR, maka step pertama adalahakibat FTT. Step kedua tidak teramati secarautuh karena alat tidak mampu mengukurpada suhu di bawah 80 K. Step pertama padaDPB tampak lebih curam dan dalam

HASIL DAN PEMBAHASANData pengukuran suseptibilitas

magnetik pada cuplikan TPB dan DPBditampilkan berturut-turut pada Gambar 2dan Gambar 3. Kedua cuplikan menam-pilkan transisi diamagnetik tidak single step.step pertama terjadi pada T ~ 120 K. Iniberarti bahwa baik TPB maupun DPB

364

Gambar 4 clan Gambar 5. Resistivitas keduacuplikan menyusut secara linier sejalandengan turunnya suhu dari suhu ruanghingga suhu onset (Ton). Hal ini berartibahwa pada daerah suhu tersebut, keduacuplikan bersifat logam.

"0X 80

60

40

201

'"

0 J160

s.;.. ("K)

Gambar 4. Hubungan antara resistivitas(Om-cm) daD suhu (K) pada cuplikan oksidaBi-Sr-Ca-Cu-O tanpa doping Pb (TPb)

2.51"0 I

~ 2.0

)::):1

r.

1.5 I ".';..

Gambar 1. Diagram alir Proses sintesissuperkonduktor keramik sitem BSCCO.

0.0100 120 140 160

SYhu ("K)

Gambar 5. Hubungan antara resistivitas(Om-cm) dan suhu (K) pada cuplikan oksidaBi-Sr-Ca-Cu-O dengan doping Pb (DPb)

_'2J~..~ ' 240

!~: 124..., 250 Resistivitas bahan turun secara

mendadak pada pendinginan selanjutnya.Dikatakan bahwa bahan mengalarni transisisuperkonduksi mulai suhu onset. TPB clanDPB masing-masing memiliki Ton pada 116K. Narnun demikian, transisi superkondlIksitersebut tidak berjalan mulus akibat adanyarasa kedua di dalam cuplikan; hal ini sesuaidengan data suseptibilitas di atas. Kehadiranrasa kedua terlihat lebih jelas pada dataresistivitas. Garnbar 5 menunjukkan bal.1wapada DPB yang dominan adalah FTT daDsebaliknya pada TPB yang dominan adalahFTR (Garnbar 4). Jika transisi FTT diekstra-polasikan hingga memotong ;,umbuhorizontal, didapat titik potong pada suhu94 K (TPB) daD 104 K (DPB). Jadi FTTmemiliki suhu transisi kritis Tc ~ 94 K padaTPB dan Tc ~ 104 K pada DPB. Harga Tc ~104 K sarna dengan basil yang diperolehZhou [9]. Namun demikian Tc-FTT padaTPB terlalu rendah, hal ini disebabkanlemahnya kopel antar butir [10].

$~ 1275~.~ 1280

I~.Ii

1.28~

1290 -, " J

75 gO 105 120 1JS

Suhu T (K)

Gambar 3. Hubungan antara suseptibilitasmagnetik (satuan sembarang) daD suhu (K)

pada cuplikan Bi-Sr-Ca-Cu-O dengan

doping Pb (OPB)

Data resistivitas pada cuplikan TPBdan OPB berturut-turut ditunjukkan pada

365

."..,.,.,-12~~ , ..., ., , , 75 90 105 120 135

Suhu T (K)

Gambar 2. Hubungan antara suseptibilitasmagnetik (satuan sembarang) dan suhu (K)pada cuplikan Bi-Sr-Ca-Cu-O tanpa dopingPb(TPB)-;.!..1270.1

Data difraksi neutron pacta TPB danDPB basil anal is is dengan metode Rietveld

ditunjukkan berturut-turut pacta Gambar 6dan Gambar 7.

.~ 'b

;;C .C.'"-0"

'"

-J.

Gambar 7. Pols difraksi neutron resolusitinggi pads cuplikan Bi-Sr-Ca-Cu-O dengandoping Pb (DPB)hasil pengolahan denganmetode Rietveld.

~J~,.~~~~~ .'I' ~111'n'I~I' 1"1'1 ~IV, "j\M'"~I~'l\i,I"'"'.."""

1.:::::L =~~~~.0 ", ." bO ." "" "0 ,." "0

"'ud,,' ..Gambar 6. Pola difraksi neutron resolusi

tinggi pad a cuplikan Bi-Sr-Ca-Cu-O tanpa

doping Pb (TPB) basil pengolahan dengan

metode Rietveld.

Tabel 2. Faktor R (~, Rp, RI, RF) dan faktor S hasil kalkulasi dengan metode Rietveld pactacuplikan TPB dan OrB.

observasi pada umumnya di atas intensitaskalkulasi, yang tampak mencolok adalahpuncak (220) FTR pada 28 = 56,920°.

Tinggi-rendahnya puncak difraksi bergan-tung pada fraksi koordinat atom (x,y,z),faktor hunian atom (gj), daD faktor koreksi :parameter suhu (Qj), faktor skala (Sj ), daDparameter orientasi preferred (Pj).

Data fraksi koordinat atom, daDfaktor hunian atom ditunjukkan padaTabel 3 daD Tabel 6. Fraksi koordinat atomdapat dihitung hingga tiga atau empatangka di belakang koma. Demikian pulafaktor koreksi intensitas (Tabel 7), sekurang-kurangnya dapat dihitung hingga satu angkadi belakang koma, kecuali parameter suhumemiliki ketelitian yang kurang baik. Bolehjadi parameter suhu itulah penyebab adanyadeviasi intensitas observasi dan kalkulasi.Harga parameter suhu yang besar danketelitian rendah mencerminkan labilnyaatom-atom yang bersangkutan. Tampak padaTabel 7, bahwa parameter suhu atom-atomFTT, baik pada TPB maupun DPB berhargasarna, namun DPB memiliki ketelitian lebihtinggi. Jika faktor hunian atom gj pada TPB(Tabel 3) diperhalus, iterasi selalu terhentiakibat koefisien matrik tidak nyata positif(NDP). Oleh karena itu gj diambil tetappada harga nominalnya. Harga gj atom Bidan Pb basil penghalusan pada DPBberturut-turut adalah g(Bi) = 4,7(8) daDg(Pb) = -3,7(8).

Pola difraksi basil observasiditampilkan dengan titik-titik daD basilkalkulasi ditunjukkan dengan garis malar(solid line). Kualitas kecocokan antara polaobservasi daD kalkulasi secara visual

diperlihatkan pada gambar dibawahnya.Nilai kualitas kecocokan dinyatakan denganfaktor R daD S atau disebut juga indeksreliabilitas (Tabel 2).

Tampak pada Tabel 2 bahwa OPBmemiliki nilai kualitas kecocokan yanglebih baik. Hal ini karena pada awal proses,penumbuhan FTT selalu disertai denganterbentuknya FTR daD rasa-rasa antaraseperti (Sr,Ca)3CuSOx, CuO, Ca2PbO4 daDBi2Sr2CuO6' Pada akhir proses penumbuhanFTT (saat sintering), rasa-rasa antaratersebut bereaksi dengan FTR membentukFTT. Pada senyawa dengan doping Ph,reaksi rasa antara dengan FTR berlangsunglebih cepat, karena ada mediator Ca2PbO4[11]. Sehingga pada OPB secara dominanadalah FTT. Oengan demikian FTR danrasa-rasa antara yang tersisa sudah tinggalsedikit lagi. Fasa antara ini akhimya diperla-kukan sebagai impuritas. Jelaslah bahwaimpuritas pada TPB lebih banyak dibandingimpuritas pada OrB. Oleh karena itu, TPBmemiliki kualitas kecocokan lebih rendah.

Hampir semua posisi puncak obser-vagi dan kalkulasi tepat berimpitan. lniberarti parameter kisi basil kalkulasi sudahakurat. Namun demikian, data intensitas

366

Tabel 3. Faktor hunian atom gj daD koordinat fraksi Xj, Yj, Zj pada 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.

FasaFTT

Atom

BiSrCa

1Q1Q~~~~-1!!--1!!-k21QlzQ~-1!!-~

-1!!-1,0

.9JJ..

..Q2..~

.9JJ..

.9JJ..

.9JJ..~

.9JJ..

~.9JJ..~

.9JJ..

.9JJ..~

.9JJ..0.0

~~~

~~.92.-.92.-~~-9-:9-.-

.92.-

.92.-~~.92.-0,0

0,192(3)0,149(4) -0,052(8) -

0,0cc0000(4)

0,088(3)0,0

0,088 30,1494)0,192(3)0,197(1) ,

~

0,111(1) I

0,0 I

FTR BiSrCaCu O:o60(~-1

O:O51{1) I

Q,I~Z{!2 I

I 0(1)I

0(2)

Iterasi dilakukan denganmenerapkan syarat batas: g(Pb) = 1,0-g(Bi). Sedangkan jika syarat batas itu tidakditerapkan, iterasi terhenti akibat koefisienmatrik tidak nyata positip (NDP). Karenanilai g(Bi) dan g(pb) tersebut tidak rasional,kemungkinan Pb masuk ke site-site: Sf,dan/atau Ca, dan/atau Cu(I), dan/atau Cu(2).

Hasil iterasi pertama, g(Pb) padasite Ca dan Cu(2) masing-masing berharganegatip, ini berarti Pb tidak masuk di keduasite itu. Hasil iterasi kedua, g(Pb) pada siteBi daD Sr berharga negatip, jadi Pb tidakada di kedua site tersebut. Hasil iterasiketiga, g(Pb) pada site Cu(l) bemilainegatip, dengan demikian Pb juga tidakmasuk ke site Cu(l) tersebut. Akhimya padaiterasi keempat, g(Cu(I» dan g(Cu(2»diambil tetap pada harga nominalnya, karenajika diha/uskan faktor hunian kedua atom itumasing-masing berharga lebih besar dari 1,0.Jelaslah bahwa berdasarkan data pengha-

lusan ini, Pb tidak masuk ke dalam strukturkristal FTT.

Hal ini tidak mungkin, karena datapengamatan sifat listrik daD sifat magetbahan menunjukkan bahwa DPB secaradominan terdiri dari FTT. Jadi Pb pastimasuk ke dalam site Bi-struktur kristal FTTkarena dampak fisisnya terlihat nyata. Tapikenapa faktor hunian g(Pb) daD g(Bi) basilkalkulasi sangat tidak rasional. Boleh jadikarena a) mol-ratio Pb/Bi kurang dari 10%,daD b) panjang hamburan atom! berat atomBi memiliki harga yang hampir sarna denganpanjang hamburanl berat atom Pb (Tabel 4 ),sehingga berkas neutron melihat kedua atomterse but 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 variasidibandingkan dengan indeks reliabilitas basilpenghalusan tanpa Ph. Data indeksreliabilitas dituliskan pada Tabel 5.

367

Tabel So Indeks reliabilitas pengha/usan FTT dan FTR pada harga tetap g(Pb) = 0,08-0,17 danQ(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, Zj pada m ( parameter kisi3,82(1) A, c = 37,1(1) A) daD FTR (parameter kisi a =5,42(1) A,b = 5,39(1) A daD c

1\)~uDlikan DPB.

a=b=30,6(1 )

FasaFTT

Atom

BiPbSrCa

~~~

~~~~~~~

~~~~~~~0,0

~~~

~~~~

.9.2--~~

~~~~~~

~_°,_°

0,2088 90,2088 90,137(1)0,042(1

0,00,0867(6

0,00,0867(6)0,137(1)

0,2088(22-0, 185(~0,185(20,129 2

0,00,054(20,054(2)0,1852

_2~~-0,08!,O-

~-I,O

1,0~,5J(9)~~~

0,92~~0,04(3)~--~-

Q~O~(~~_Q,7(2)

Cu(l)I Cu(2L

Q{.!l!;!ill

QQ2!2!::!1

BiPbSrCaCu

FTR

I 0(1) I

1_- 0(2) l

0(3) -Tampak bahwa harga indeks

reliabilitas terkecil diperoleh jika di dalamsite Bi ada 8 % Pb dan 92 % Bi. Tabel 6adalah fraksi koordinat dan faktor hunianatom hasil penghalusan untuk komposisig(Pb) = 0,08 dan g(Bi) = 0,92.

Titik tempat atom Ca pacta FTR(Tabel 6) baru terisi 4 %, daD demikian pulaposisi oksigen baru terisi sebagian, ini berariFTR masih dalam proses penumbuhan padasaat proses sintering kedua diakhiri. Jadi,jika periode sintering kedua diperpanjang,FTR dapat menyelesaikan pertumbuhannya

hingga mencapai stoikiometri sempuma,kemudian FTR tersebut bereaksi dengan rasaantara CuO dan Ca2PbO4 membentuk FTT.Dengan demikian FTT pada DPB bisamencapai 100 %, jika periode sinteringdiperpanjang. Hasil anal is is menunjukkanbahwa dalam TPB mengandung 23% FTTdan 77% FTR, sedangkan DPB terdiri daTi73% FTT dan 27% FTR.

Jarak antar atom dalam arah sumbu-c dapat dihitung dengan mudah daTi datafraksi koordinat atom dan parameter kisi c.Data jarak antar atom dalam sel satuan FTT

368

pada TPB daD DPB ditunjukkan pada Tabel8. Tampak pada Tabel 8 bahwa manakala8% atom Bi diganti dengan Pb, rantai Bi -

0(3) bertambah panjang dari 1,6(1) Amenjadi 2,66(6) A. Pertambahan panjangrantai Bi -0(3) adalah akibat 0(3) bergeserke arah Cu(2) sejauh 0,4(1) A. Sementaraitu, atom Bi bergeser ke arah sebaliknyasejauh 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 bertambahkuat dan struktur rnenjadi lebih stabil(Gambar 8). Dleh karena itu, rapat arus kritisJc rneningkat dari 2,5 A/crn2 pada TPBrnenjadi 2, I x 102 A/crn2 pada DPB akibatkonektivitas sel-sellebih baik.

parameter orientasi preferred Pj, parameter suhu Qj, daDTabel 7. Data faktor koreksi intensitasfaktor skala S; pada TPB A~~~~,-

Cuplikan FTT FTRSiX 10-4 S; X 10"

TPBQi (A ") I Qi (A ") I

3,74(6) 3(2) 0,46(8) I 0,80(2) 2,3(5) I_~-OPB 1,61(1) 3(1 1,13(6 3,54(4) 1(2) I 0,7(1

.=-

Ni)-~-.,--Ay-_,-¥-I"Y~1, A- I Y I

~~~~~--I--~.-,r --: -¥ ~~-'9I ' I 'I 1

-T-:;O

--6'~

Gambar 9 dan Gambar 10 berturut-turut adalah grafik hubungan antara tegangandan arus pada TPB dan DPB dalamlingkungan nitrogen cairo Rapat arus kritisJc diperoleh dari hubungan Jc = Ic/0,dimana Ic = arus kritis (0, I A pada TPB dan8,5 A pacta DPB) dan 0 = luas penampang

cuplikan berbentuk balok ukuran 2x2x20mm3 masing-masing untuk TPB dan DPB.

Ketika 0(3) pacta bidang SrObergeser mendekati Cu(2), ion CU2+ berubahmenjadi Cu3+ disertai dengan terbentuknyalubang elektron (0-) pacta bidang CU(2)02(bidang konduksi). Jadi kerapatan pembawamuatan arus super (0") pacta bidangkonduksi meningkat [12]. Oleh karena itupula Tc daD Jc senyawa BSCCO meningkatjika didoping Ph. Dengan bergesemya atom0(3) menjauhi Bi, disimpulkan bahwa pactaDPB ion Bi3+ telah diganti dengan Pb2+.Struktur mikro DPB terdiri dari butir-butirseperti jarum (batang-batang kecil) panjangkira-kira 10 f.lm daD lebar I f.lm (Gambar IIdan Gambar .12). Butir-butir yang berbentukbatang tersebut adalah FTT dan yangberbentuk bulat-bulat adalah FTR, sesuaidengan hasil penelitian T.K Chaki dan S. C.

Tseng [13].

I

~ @ Hi

@ Sr

(l7 Ca

([i!) Cu

00B1d8!18 Cu( 1 )1~2

$

~)-to

0i-<I~r-.tJJ

t.J

c. Bid_US C-

Bid Cu(2)'~2

~ B1c1aq 8..0

B1dans B10

5..01')

g14)

Gambar 8. Struktur kristal rasa Tc Tinggi(FTT) superkonduktor Bi-Sr-Ca-Cu-O,sistem kristal tetragonal, grup ruang14/mmm, nomor 139.

369

- KESIMPULANManakala senyawa BSCCO Fasa

Tc Tinggi (FTT) didoping Ph, maka terjadipergeseran bidang-bidang : 1). Bidang SrObergeser mendekati bidang konduksiCU(2)02, sedemikian sehingga mengin-duksikan pembawa muatan/lubang elektron(0") pada bidang konduksi, akibatnya Tcmeningkat. 2). Bidang BiO bergerak kebawah menjauhi bidang SrO, sehingga duabidang BiO menjadi saling mendekat.Dengan demikian konektivitas antara sub-selmenjadi lebih baik, Jc meningkat clan terjadipeningkatan derajat keteraturan antarabidang-bidang, struktur lebih stabil, sehinggapembentukan FTT lebih mudah.

c.~:.o!

0.00 o.o~ ala o.,~Arus I (Amper)

Gambar 9. Hubungan antara tegangan(Volt) dan Arus (Ampere) pactasuperkonduktor sistem Bi-Sr-Ca-Cu-Q tanpadoping Pb (TPB) dalam lingkungan nitrogencairo

UCAP AN TERIMAKASIHUcapan terimakaih disampaikan

kepada rekan-rekan teknisi HRPD di ISN-PPSM, Lab. Elektro P3FT-LIPI, Lab. FisikaMaterial Jurusan Fisika ITB, clan teknisiSEM di BTK-PPSM alaS segala bantuannya,juga kepada Saudara Yatno (ISN-PPSM)alas bantuan pengetikan makalah ini.

i

AT.s I (Ampe.-)

Gambar 10. Hubungan antara tegangan(Volt) dan Arus (Ampere) padasuperkonduktor sistem Bi-Sr-Ca-Cu-Odengan doping Pb (DPB) dalam lingkungannitrogen cairo

Gambar 11. Struktur mikro cuplikansuperkonduktor Bi-Sr-Ca-Cu-O tanpadoping Pb (TPB) diperoleh dengan SEM,diperbesar 1,55 x 103 kali

Gambar 12. Struktur mikro cuplikansuperkonduktor Bi-Sr-Ca-Cu-O dengandoping Pb (OPB) diperoleh dengan SEM,diperbesar 1,55 x 103 kali

370

9. C. J. ZHOU, D. L. TAO AND T. G.CHEN, Physico C/80, 365-372 (1991).

10. H. KUMAKURA, K. TOGANO, K.T AKAHASI, E. Y ANAGISA W A, 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 KandunganOksigen pada SuperkonduktivitasOksida (Bi,Pb)-Sr-Ca-Cu, disajikanpada Seminar Sains dan TeknologiNuklir di PPTN-BATAN, Bandung 12-13 Maret 1996.

13. T. K. CHAKI AND S. C. TSEl'lG,Supercond. Sci. Techno/. 3, 517-519(1990).

371