Proseding Seminar Nasional Fisika dan Aplikasinya

Sabtu, 21 November 2015

Bale Sawala Kampus Universitas Padjadjaran, Jatinangor

FM-31

SINTESIS DAN KARAKTERISASI UNDER-DOPED SUPERKONDUKTOR DOPING ELEKTRON Eu2-xCexCuO4+-

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 45363

Abstrak. Telah dilakukan sintesis dan karakterisasi bahan superkonduktor doping elektron Eu2-xCexCuO4+- (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 () 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 11.74 sampai dengan 11.90. Semakin besar jumlah doping dan nilai 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 = 0.086. Namun demikian, sifat superkonduktivitas sampel dengan x = 0.09 dan x = 0.12 tidak terlihtat.

Kata kunci : Superkonduktor Doping Elektron, Eu2-xCexCuO4+-, Metode Reaksi Padatan, Parameter Kisi, Resistivitas.

Abstract. Electron doped superconductor Eu2-xCexCuO4+- 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 () 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 11.74 until 11.90. The greater doping and value of 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 = 0.086. However, in the sample with x = 0.09 and x = 0.12, superconducting properties are not observed.

Keywords : Superconductor Electron Doped, Eu2-xCexCuO4+-, 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].

* email : khayatisiti@gmail.com

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 Eu2-xCexCuO4. Bahan yang akan diteliti adalah bahan superkonduktor Eu2-xCexCuO4 dengan konsentrasi doping dibawah keadaan optimum (under doped). Dengan x = 0.09, 0.10, 0.12 untuk mengetahui pengaruh doping dan nilai terhadap struktur kristal dan sifat resistivitas listrik.

2. Metode Penelitian

Pembuatan bahan Eu2-xCexCuO4 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

oC selama 20 jam,

penggerusan bahan kembali, sintering pertama dengan suhu 1050oC selama 16

jam, penggerusan bahan kembali, pengepresan dan pembuatan pelet, sintering kedua dengan suhu 1050

oC selama 16 jam, serta annealing dengan variasi suhu

900-930oC selama 10-20 jam, untuk menghasilkan nilai 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

Gambar 1. Pola XRD bahan ECCO dengan x = 0.09 (a) = 0.022 (b) = 0.013 (d) = 0.0586

Hasil untuk karakterisasi struktur superkonduktor ECCO dengan konsentrasi x =

0.09 terlihat pada Gambar 1. Pada Gambar 1 (a) terlihat puncak-puncak yang

2

Inte

nsita

s (a

u)

Eu1.91Ce0.09CuO4+

Eu1.91Ce0.09CuO4+

Eu1.91Ce0.09CuO4+

114 00

6

200

204 2

13116

220

*

*

10 20 30 40 50 60 70

101

103

110

(a)

(b)

(c)

*

*

Pengotor*

Sintesis dan Karakterisasi Under-doped Superkonduktor Doping Elektron Eu2-

xCexCuO4+-

FM-33

Eu1.88Ce0.12CuO4+

Inte

nsita

s (au

)

2

Eu1.90Ce0.10CuO4+

Eu1.91Ce0.09CuO4+

101

004

103

110

114

006

200

211 11

6 213

107

206

220

(a)

(b)

(c)

10 20 30 40 50 60 70

2

Inten

sitas

(au) Eu1.88Ce0.12CuO4+

Eu1.88Ce0.12CuO4+

Eu1.88Ce0.12CuO4+

101

004

(a)

*

*

103

110

114 00

6 200

211

213

116

107

206

220

(b)

(c)

*

*

* Pengotor

10 20 30 40 50 60 70

sesuai dengan referensi superkonduktor ECCO. Sedangkan pada Gambar 1 (b)

dan (c) terlihat adanya puncak-puncak yang tidak teridentifikasi yang merupakan

pengotor yang tidak diinginkan yang terdapat pada superkonduktor ECCO yang

ditandai dengan symbol *.

Gambar 2. Pola XRD bahan ECCO dengan x = 0.10 (a) = 0.027 (b) = 0.033 (d) = 0.086

Hasil untuk karakterisasi struktur superkonduktor ECCO dengan konsentrasi x =

0.10 terlihat pada Gambar 2. Pada Gambar 2 (a), (b), dan (c) terlihat puncak-

puncak yang sesuai dengan referensi superkonduktor ECCO.

Gambar 3. Pola XRD bahan ECCO dengan x = 0.12 (a) = 0.12 (b) = 0.029 (d) = 0.020

FM-34 Siti Nur Khayati dkk

2

Inten

sitas

(au)

101

103

110

114 20

0 213

220

(a)

(b)

(c)

Eu1.90Ce0.10CuO4+

Eu1.90Ce0.10CuO4+

Eu1.90Ce0.10CuO4+

10 20 30 40 50 60 70

3.9

3.91

0.09 0.1 0.11 0.12

11.82

11.84

11.86

(a)

(b)

Par

amet

er a

Par

amet

er c

Konsentrasi x

Hasil untuk karakterisasi struktur superkonduktor ECCO dengan konsentrasi x = 0.12 terlihat pada Gambar 3. Pada Gambar 3 (b) terlihat puncak-puncak yang sesuai dengan referensi superkonduktor ECCO. Sedangkan pada Gambar 3 (a) dan (c) 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 (a) x = 0.12 dengan = 0.029 (b) x = 0.10 dengan = 0.027

(c) x = 0.09 dengan = 0.022

Pada Gambar 4 memperlihatkan hasil XRD bahan superkonduktor ECCO dengan x = 0.09, 0.10, 0.12 serta variasi nilai . 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 5.

Gambar 5. Pengaruh penambahan berbagai konsentrasi x pada bahan ECCO terhadap (a) Parameter kisi a (b) Parameter kisi c.

Sintesis dan Karakterisasi Under-doped Superkonduktor Doping Elektron Eu2-

xCexCuO4+-

FM-35

0 100 200 3000

1

2

3

4

Suhu (K)

(

cm)

Eu1.91Ce0.09CuO4+ Eu1.90Ce0.10CuO4+ Eu1.88Ce0.12CuO4+

Gambar 5 menunjukkan pengaruh penambahan berbagai konsentrasi x pada bahan ECCO terhadap nilai parameter kisi fluktuatif. Nilai ion radious Eu (0.95) lebih besar dibandingkan dengan Ce (0.87). 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 = 0.022, 0.027, 0.029 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 .

Gambar 6. Resistivitas bahan terhadap suhu pada variasi konsentrasi x

4. Kesimpulan

Telah berhasil dibuat superkonduktor doping elektron Eu2-xCexCuO4+- dengan x=0.09, 0.10, 0.12. Nilai parameter kisi menurun seiring meningkatnya doping Cerium. Nilai resististivitas meningkat seiring berkurangnya nilai doping Cerium. Untuk bahan ECCO x = 0.10 dengan = 0.086 menunjukkan gejala superkonduktivitas dengan Tc 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. 2015. Pengenalan Bahan SUPERKONDUKTOR Sifat Dasar dan Karakteristiknya. Jatinangor: Unpad Press.

2. Mourachkine, Andrei. 2004. Room Temperature Superconductivity. United Kingdom: Cambridge International Science Publishing.

3. P. A. Suzuki, R. F. Jardin, and S. Gama. 1994. Formation Kinetics of Polycristalline EuCeCuO Obtained from Sol-gel Precursor. J. Appl. Phys. 76, 6585.