SINTESIS DAN KARAKTERISASI UNDER-DOPED SUPERKONDUKTOR DOPING ELEKTRON Eu 2-x Ce x CuO 4+α-δ

Transkripsi

1 Proseding Seminar Nasional Fisika dan Aplikasinya Sabtu, 21 November 2015 Bale Sawala Kampus Universitas Padjadjaran, Jatinangor SINTESIS DAN KARAKTERISASI UNDER-DOPED SUPERKONDUKTOR DOPING ELEKTRON Eu 2-x Ce x CuO 4+α-δ SITI NUR KHAYATI, MIRANDA SAVITRI, YATI MARYATI, KIKI WINDA, WAHYU A. SOMANTRI, TOGAR SARAGI, RISDIANA Prodi Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Padjadjaran Jl. Raya Bandung-Sumedang Km 21, Jatinangor Abstrak. Telah dilakukan sintesis dan karakterisasi bahan superkonduktor doping elektron Eu 2-x Ce x CuO 4+α-δ (ECCO) dengan metode reaksi padatan dengan berbagai variasi kondisi annealing pada keadaan under-doped (x=0.09, 0.10, 0.12) untuk mendapatkan informasi struktur kristal dan sifat listrik bahan ECCO. Uji karakterisasi XRD dan resistivitas dilakukan untuk mengetahui pengaruh jumlah doping dan nilai reduksi oksigen (δ) terhadap parameter kisi serta sifat listrik bahan. Dari hasil karakterisasi XRD, diperoleh nilai parameter kisi a berada pada rentang 3.89 sampai 3.91 dan kisi c dari sampai dengan Semakin besar jumlah doping dan nilai δ maka parameter kisi a dan c akan semakin kecil. Dari uji resistivitas, sifat superkonduktor dengan Tc ~ 12 K ditemukan pada bahan x = 0.10 dengan δ = Namun demikian, sifat superkonduktivitas sampel dengan x = 0.09 dan x = 0.12 tidak terlihtat. Kata kunci : Superkonduktor Doping Elektron, Eu 2-x Ce x CuO 4+α-δ, Metode Reaksi Padatan, Parameter Kisi, Resistivitas. Abstract. Electron doped superconductor Eu 2-x Ce x CuO 4+α-δ has been synthesized and characterization using solid state reaction method with variation of annealing condition on under-doped (x = 0.09, 0.10, 0.12) to inform crystal structure and electrical properties of superconductor ECCO. XRD and resistivity characterization done to determine the effect of doping and value of oxygen reduction (δ) to lattice parameters and electrical properties of materials. From XRD characterization, the value of lattice parameter a were in the range 3.89 to 3.91 and lattice c from until The greater doping and value of δ so the smaller lattice parameter in a and c axis will be. From resistivity measurement, it is found that superconducting properties with Tc ~ 12 K are observed at x = 0.10 with δ = However, in the sample with x = 0.09 and x = 0.12, superconducting properties are not observed. Keywords : Superconductor Electron Doped, Eu 2-x Ce x CuO 4+α-δ, Solid State Reaction Method, Lattice Parameters, Resistivity. 1. Pendahuluan Superkonduktor merupakan suatu bahan yang mampu mengalirkan arus listrik tanpa adanya hambatan ketika didinginkan sampai suhu tertentu yang disebut sebagai suhu kritis (Tc) [1]. Penelitian bahan superkonduktor suhu tinggi dimulai pada tahun 1986 oleh Bednorz dan Muller yang menemukan superkonduktor berbahan dasar cuprate yang mempunyai Tc tinggi dengan mencampurkan bahan La-Ba-Cu-O yang dikenal dengan sistem cuprete 214 [2]. khayatisiti@gmail.com FM-31

2 Intensitas (au) FM-32 Siti Nur Khayati dkk Pada sistem cuprate 214, pengurangan atau penambahan elektron dalam lapisan CuO2 disebut sebagai pendoping. Salah satu jenis sistem cuprate 214 adalah superkonduktor doping elektron. Pada superkonduktor doping elektron terdapat oksigen berlebih yang harus dihilangkan dengan cara proses annealing. Kesulitan mengontrol kandungan oksigen menyebabkan penelitian mengenai superkonduktor doping elektron kurang berkembang. Oleh sebab itu pada penelitian ini akan dilakukan pembuatan serta karakterisasi mengenai struktur kristal serta resistivitas listrik bahan superkonduktor doping elektron Eu 2- xce x CuO 4. Bahan yang akan diteliti adalah bahan superkonduktor Eu 2-x Ce x CuO 4 dengan konsentrasi doping dibawah keadaan optimum (under doped). Dengan x = 0.09, 0.10, 0.12 untuk mengetahui pengaruh doping dan nilai δ terhadap struktur kristal dan sifat resistivitas listrik. 2. Metode Penelitian Pembuatan bahan Eu 2-x Ce x CuO 4 dengan x = 0.09, 0.10 dan 0.12 dilakukan dengan metode reaksi padatan. Tahap pembuatan bahan meliputi persiapan alat dan bahan, pencampuran dan penggerusan bahan, prefire dengan suhu 900 o C selama 20 jam, penggerusan bahan kembali, sintering pertama dengan suhu 1050 o C selama 16 jam, penggerusan bahan kembali, pengepresan dan pembuatan pelet, sintering kedua dengan suhu 1050 o C selama 16 jam, serta annealing dengan variasi suhu o C selama jam, untuk menghasilkan nilai δ yang diharapkan. Karakterisasi X-Ray Diffraction (XRD) untuk melihat struktur kristal bahan superkonduktor ECCO, dan dilanjutkan pengukuran resistivitas sampel dengan menggunakan teknik four point probe. 3. Hasil dan Pembahasan Pengotor Gambar 1. Pola XRD bahan ECCO dengan x = 0.09 δ = δ = (d) δ = terlihat pada Gambar 1. Pada Gambar 1 terlihat puncak-puncak yang

3 Intensitas (au) Sintesis dan Karakterisasi Under-doped Superkonduktor Doping Elektron Eu 2- xce x CuO 4+α-δ FM Intensitas (au) sesuai dengan referensi superkonduktor ECCO. Sedangkan pada Gambar 1 dan terlihat adanya puncak-puncak yang tidak teridentifikasi yang merupakan pengotor yang tidak diinginkan yang terdapat pada superkonduktor ECCO yang ditandai dengan symbol. Pengotor 006 Gambar 2. Pola XRD bahan ECCO dengan x = 0.10 δ = δ = (d) δ = terlihat pada Gambar 2. Pada Gambar 2,, dan terlihat puncakpuncak yang sesuai dengan referensi superkonduktor ECCO. Gambar 3. Pola XRD bahan ECCO dengan x = 0.12 δ = 0.12 δ = (d) δ = 0.020

4 Parameter c Parameter a Intensitas (au) FM-34 Siti Nur Khayati dkk 0.12 terlihat pada Gambar 3. Pada Gambar 3 terlihat puncak-puncak yang sesuai dengan referensi superkonduktor ECCO. Sedangkan pada Gambar 3 dan terlihat adanya puncak-puncak yang tidak teridentifikasi yang merupakan pengotor yang tidak diinginkan yang terdapat pada superkonduktor ECCO yang ditandai dengan simbol. Gambar 4. Pola XRD bahan ECCO x = 0.12 dengan δ = x = 0.10 dengan δ = x = 0.09 dengan δ = Pada Gambar 4 memperlihatkan hasil XRD bahan superkonduktor ECCO dengan x = 0.09, 0.10, 0.12 serta variasi nilai δ. Dengan menggunakan program Cellcalc didapatkan nilai parameter kisi a dan c dari bahan ECCO under-doped (x = 0.09; 0.10; 0.12). Superkonduktor ECCO memiliki struktur kristal tetragonal sehingga parameter kisi a akan sama besar dengan parameter kisi b [3]. Hasil dari perhitungan parameter kisi untuk superkonduktor ECCO terlihat pada Gambar Konsentrasi x Gambar 5. Pengaruh penambahan berbagai konsentrasi x pada bahan ECCO terhadap Parameter kisi a Parameter kisi c.

5 ( cm) Sintesis dan Karakterisasi Under-doped Superkonduktor Doping Elektron Eu 2- xce x CuO 4+α-δ FM-35 Gambar 5 menunjukkan pengaruh penambahan berbagai konsentrasi x pada bahan ECCO terhadap nilai parameter kisi fluktuatif. Nilai ion radious Eu (0.95A ) lebih besar dibandingkan dengan Ce (0.87A ). Sehinga seiring penambahan konsentrasi Ce akan mengalami penurunan nilai parameter kisi a dan c. Gambar 6 menunjukkan pengaruh resistivitas terhadap suhu pada variasi konsentrasi x. Untuk x = 0.09, 0.10, 0.12 dengan δ = 0.022, 0.027, nilai reistivitas naik seiring dengan penurunan suhu. Untuk x = 0.10, memperlihatkan adanya penurunan nilai resistivitas pada suhu 12 K. Suhu unu merupakan nilai Tc onset dari bahan. Untuk x = 0.09 dan 0.12, tidak terdapat nilai Tc yang disebabkan oleh kecilnya nilai δ Suhu (K) Gambar 6. Resistivitas bahan terhadap suhu pada variasi konsentrasi x 4. Kesimpulan Telah berhasil dibuat superkonduktor doping elektron Eu 2-x Ce x CuO 4+α-δ dengan x=0.09, 0.10, Nilai parameter kisi menurun seiring meningkatnya doping Cerium. Nilai resististivitas meningkat seiring berkurangnya nilai doping Cerium. Untuk bahan ECCO x = 0.10 dengan δ = menunjukkan gejala superkonduktivitas dengan T c onset yaitu 12 K. Sedangkan bahan ECCO x = 0.09 dan x = 0.12 tidak menunjukkan gelaja superkonduktivitas. Ucapan terima kasih Penulis mengucapkan terima kasih Prof. Yoji Koike dan anggota Koike Laboratory yang telah mengundang dan megizinkan untuk melakukan penelitian. Daftar Pustaka 1. Risdiana Pengenalan Bahan SUPERKONDUKTOR Sifat Dasar dan Karakteristiknya. Jatinangor: Unpad Press. 2. Mourachkine, Andrei. 4. Room Temperature Superconductivity. United Kingdom: Cambridge International Science Publishing. 3. P. A. Suzuki, R. F. Jardin, and S. Gama Formation Kinetics of Polycristalline EuCeCuO Obtained from Sol-gel Precursor. J. Appl. Phys. 76, 6585.