Aplikasi Kuantum Terkini
Pemahaman fisika kuantum kini telah berkembang jauh. Pengetahuan kita saat ini tidak hanya berkutat pada teori dan hitungan saja. Saat ini manusia telah mengembangkan berbagai teknologi dalam kehidupan sehari-hari dengan prinsip fisika kuantum. Banyak di antaranya yang menjadi inti dari kehidupan manusia saat ini seperti gawai dan perangkat elektronik. Pengembangan aplikasi kuantum saat ini tidak terbatas pada keduanya. Fisika kuantum turut andil dalam berkembangnya teknologi energi terbarukan dan pengembangan metode-metode terbaru dalam menelisik atom dan tubuh manusia.
Dalam pembahasan kali ini, kami berharap agar kita semua dapat menyadari seberapa berjasa fisika kuantum dalam kehidupan kita saat ini melalui teknologi yang telah hadir.
Panel Surya
Salah satu penemuan terpopuler yang berasal dari fisika kuantum adalah panel surya. Teknologi ini dapat mengubah cahaya Matahari yang kita lihat sehari-hari menjadi energi listrik yang berguna untuk kehidupan kita. Tidak hanya itu, panel surya terkenal menjadi sumber energi yang bersih. Kini panel surya menjadi salah satu sumber energi terbarukan terbesar ketiga di dunia yang berpotensi menggantikan energi fosil.
Panel surya dapat ada sekarang berkat modifikasi skala atomik menggunakan fisika kuantum. Mirip dengan efek fotolistrik, cahaya yang datang masuk ke material yang unik bernama material semikonduktor. Jenis material ini memiliki sifat di tengah-tengah antara konduktor dan insulator. Cahaya yang tadi masuk akan membuat elektron terlepas dan bergerak. Dengan menambahkan doping pada material semikonduktor, menjadi semikonduktor tipe-p dan tipe-n, sambungan di antaranya dapat membuat perbedaan tegangan sehingga ada arus listrik yang mengalir.
Elektronika Modern
Pernahkah menyadari bagaimana asal mula segala gawai yang kita gunakan saat ini? Dapat dikatakan bahwa hampir seluruh elektronika modern berasal dari Laboratorium Bell melalui penemuan transistor. William Shockley, John Bardeen, dan Walter Brattain menemukan perangkat yang dapat memanipulasi tegangan dan arus dengan mudah. Mudahnya, transistor ini hanya akan mengalirkan listrik jika diberi besar tegangan tertentu.
Dengan menggunakan logika sederhana, transistor ini menjadi perangkat elektronik yang sangat powerful. Salah satu aplikasinya ada pada handphone dan komputer yang kamu gunakan saat ini. Processor komputer saat ini terdiri dari jutaan dan bahkan lebih transistor yang bekerja secara bersamaan. Melalui penggunaan bilangan biner 0 dan 1, komputer dapat menyimpan, mengoperasikan, dan mengeksekusi berbagai perintah dengan mudah. Lalu dimana letak fisika kuantum dalam transistor? Lagi-lagi transistor ini merupakan modifikasi kuantum dari material semikonduktor. Tanpanya, tentu komputer modern tidak pernah ada.
Laser
Pernahkah kamu menyadari bahwa laser sendiri adalah sebuah singkatan? LASER sebenarnya adalah singkatan dari Light Amplification Stimulated Emission of Radiation. Dari singkatannya saja, kini kamu harusnya mengetahui bahwa laser tidak serta merta mengeluarkan cahaya dengan sendirinya. Aplikasi fisika kuantum ini tidak hanya digunakan sebagai pointer saja, namun sudah merambah ke berbagai keperluan seperti pemrosesan material, kesehatan, hingga industri.
Laser memiliki prinsip kerja yang sedikit berbeda daripada sebelumnya. Awalnya energi diberikan kepada elektron dalam atom yang membuatnya terlepas atau kita sebut pada keadaan eksitasi. Ketika terdapat cahaya atau foton melewati medium yang dipenuhi elektron tereksitasi, foton tersebut memicu elektron untuk berpindah ke tingkat energi yang lebih rendah. Hal ini bersamaan dengan munculnya partikel foton baru. Akhirnya terjadi reaksi rantai membuat intensitas cahaya yang ada teramplifikasi atau diperbesar intensitasnya sehingga muncul sinar laser yang kuat dan terkonsentrasi pada satu arah.
Liquid Crystal Display
Credit : How does an lcd screen work
Tidak hanya “otak” dari handphone kamu yang berasal dari pemanfaatan fisika kuantum, layarnya pun termasuk salah satu hasil penerapannya. Pernahkah berpikir bagaimana bisa sebuah layar dapat merespon sentuhan kita secara cepat dan cermat? Hal tersebut karena layar handphone terbuat dari teknologi khusus berupa Liquid Crystal Display atau LCD.
LCD ini bekerja sebagai penampil gambar pada langka gawai. Teknologi ini memanfaatkan liquid crystal dan dua polarizer untuk mengatur cahaya yang keluar dari LCD. Polarizer tersebut berguna untuk membelokkan arah cahaya atau mempolarisasikan cahaya ke arah tertentu. Ketika liquid crystal diberi tegangan, maka orientasi dari kristal-kristal ini akan berubah. Menjadikannya sebagai alat efektif untuk mengatur jumlah cahaya yang keluar. Mudahnya, semakin besar arus yang diberikan, semakin banyak kristal yang tersusun rapi. Membuatnya memblokade cahaya keluar sehingga layar jadi lebih hitam.
Mikroskop Elektron
Mikroskop pada umumnya memanfaatkan cahaya sebagai media pemantul. Cahaya diberikan kepada benda yang akan diamati. Cahaya tersebut memantul dan pantulan benda itulah yang kita amati. Bagaimana jika benda yang diamati sangat kecil sehingga tidak dapat memantulkan cahaya? Benda seperti struktur molekul dan atom, terlalu kecil untuk dapat memantulkan cahaya. Untuk itu kita perlu memanfaatkan fisika kuantum, terutama melalui prinsip dualisme gelombang-partikel.
Menurut prinsip ini, elektron sejatinya juga merupakan sebuah gelombang. Hal tersebut dimanfaatkan untuk membuat mikroskop yang memanfaatkan elektron. Elektron ini ditembakkan dari suatu sumber dan difokuskan untuk mengenai objek. Elektron ini dapat terpantulkan dan bahkan menembus objek. Nantinya terbentuk kontur dari objek skala molekul atau atom tersebut. Penemuan ini sangat berguna pada berbagai bidang, mulai dari fisika hingga medis. Kini peneliti dapat membuat bahan dengan ketelitian sangat tinggi.
Magnetic Resonance Imaging
Credit : Magnets and the Mind
Jika sebelumnya mikroskop dapat melihat objek yang telah jelas terbuka, bagaimana kita dapat melihat objek yang tertanam dalam tubuh manusia? Tentu tidak mungkin kita melakukan pembedahan terus-menerus hanya untuk menemukan penyakit yang ada pada tubuh kita. Tentu diperlukan teknologi yang lebih canggih daripada mikroskop. Kini sudah hadir berupa Magnetic Resonance Imaging (MRI).
MRI merupakan sebuah teknik yang seringkali dipakai untuk melihat susunan dalam tubuh kita secara non invasif. Teknik ini memanfaatkan fenomena nuclear magnetic resonance (NMR). Fenomena NMR terjadi ketika sebuah partikel yang memiliki momen magnet berada di dalam medan magnet yang kuat kemudian menerima medan magnet lain yang mengalami osilasi. Jika frekuensi osilasi bertepatan dengan frekuensi resonan, respon yang dihasilkan oleh partikel akan jauh lebih besar dibandingkan dengan frekuensi biasanya. Respon dari partikel merupakan karakteristik dari jenis partikel yang mengalami NMR. Hal ini memungkinkan kita untuk memetakan respon NMR menjadi sebuah gambar dari susunan jaringan tubuh kita.