Evy Siscawati
Para peneliti dari Arizona State University menciptakan bahan kristal
senyawa baru yang dapat membantu kemajuan dalam sejumlah pencapaian
teknologi dan ilmiah.
Profesor teknik listrik ASU, Cun-Zheng Ning mengatakan bahan yang
bernama erbium klorida silikat ini, dapat digunakan untuk mengembangkan
generasi baru komputer, meningkatkan kemampuan internet, meningkatkan
efisiensi sel fotovoltaik berbasis silikon untuk mengubah cahaya
matahari menjadi energi listrik, dan meningkatkan kualitas penerangan
keadaan padat dan teknologi sensor.
Tim peneliti Ning terdiri dari mahasiswa dan pasca doktoral yang
membantu mensintesis senyawa baru dalam Lab Nanofotonik Sekolah Teknik
Listrik, Komputer, dan Energi ASU, salah satu Sekolah Teknik Ira A.
Fulton.
Penelitian erbium lab ini didukung oleh Kantor Penelitian Angkatan
Darat AS dan Kantor Penelitian Ilmiah Angkatan Udara AS. Detail mengenai
senyawa baru ini dilaporkan dalam Optical Materials Express di situs
Optical Society of America.
Terobosan ini melibatkan sintesis senyawa erbium baru pertama kali dalam
bentuk kawat nano kristal tunggal, yang memiliki sifat superior
dibandingkan senyawa erbium dalam bentuk lain.
Erbium adalah salah satu anggota paling penting dalam keluarga bumi
langka dalam tabel periodik unsur kimia. Ia memancarkan foton dalam
panjang gelombang 1,5 mikron, yang digunakan dalam serat optik untuk
kinerja internet dan telepon kualitas tinggi.
Erbium digunakan dalam pengotoran serat optik untuk memperkuat sinyal
internet dan telepon dalam sistem telekomunikasi. Pengotoran adalah
istilah yang digunakan untuk menjelaskan proses memasukkan konsentrasi
tinggi berbagai unsur dalam zat lain sebagai cara mengubah sifat listrik
atau optik zat tersebut untuk memberi hasil yang diinginkan. Unsur yang
digunakan dalam proses tersebut disebut dopant atau pengotor.
“Karena kita tidak dapat mengotori banyak atom erbium dalam serat semau
kita, serat harus sangat panjang agar dapat berguna memperkuat sinyal
internet. Ini membuat integrasi komunikasi internet dan komputer dalam
sebuah chip sangat sulit,” jelas Ning.
“Dengan senyawa erbium baru ini, terdapat seribu kali lebih banyak atom
erbium tersimpan dalam senyawa. Ini artinya banyak alat dapat
diintegrasikan kedalam sistem berskala chip,” katanya. “Karenanya, bahan
senyawa baru mengandung erbium dapat diintegrasikan dengan silikon
untuk menggabungkan fungsionalitas internet dan komputer pada landasan
silikon yang sama dan murah untuk meningkatkan laju komputasi dan
operasi internet pada saat bersamaan.”
Bahan erbium dapat pula dipakai untuk meningkatkan efisiensi konversi energi sel surya silikon.
Silikon tidak menyerap radiasi surya dengan panjang gelombang lebih
dari 1,1 mikron, yang menghasilkan limbah energi – membuat sel surya
kurang efisien.
Bahan erbium dapat memperbaiki situasi ini dengan mengubah dua atau
lebih foton pembawa jumlah kecil energi menjadi satu foton yang membawa
jumlah energi lebih besar. Foton tunggal yang lebih kuat ini kemudian
dapat diserap oleh silikon, dan meningkatkan efisiensi sel surya.
Bahan erbium juga membantu penyerapan sinar ultraviolet dari matahari
dan mengubahnya menjadi foton-foton pembawa energi kecil, yang kemudian
dapat lebih efisien diubah menjadi listrik oleh sel silikon. Fungsi
konversi warna yang mengubah cahaya ultraviolet menjadi cahaya lain yang
tampak ini juga penting dalam membangkitkan cahaya putih untuk alat
penerangan keadaan padat.
Sementara manfaat erbium diketahui dengan baik, pembuatan bahan erbium berkualitas tinggi merupakan tantangan besar, kata Ning.
Pendekatan standar adalah dengan menjadikan erbium sebagai pengotor
pada berbagai bahan induk, seperti silikon oksida, silikon, dan banyak
kristal dan kaca lainnya.
“Salah satu masalahnya adalah kita belum mampu memberikan cukup atom
erbium ke dalam kristal atau kaca tanpa merusak kualitas optiknya,
karena terlalu banyak pengotor dapat menimbulkan gerombolan yang
merendahkan mutu optik,” katanya.
Yang unik pada bahan erbium baru yang disintesis kelompok Ning adalah
erbium tidak lagi diberikan secara acak sebagai pengotor. Erbium menjadi
bagian dari senyawa seragam dan jumlah atom erbiumnya adalah seribu
kali lebih banyak dari jumlah maksimum yang dapat diberikan dalam bahan
terkotor erbium lainnya.
Meningkatkan jumlah atom erbium memberikan aktivitas optik lebih banyak
untuk menghasilkan pencahayaan lebih kuat. Ia juga meningkatkan
konversi berbagai warna cahaya menjadi cahaya putih untuk menghasilkan
penerangan keadaan padat dan memungkinkan sel surya lebih efisien dalam
mengubah sinar matahari menjadi energi listrik.
Selain itu, karena atom erbium terorganisir dalam array yang periodik,
mereka tidak menggerombol dalam senyawa baru ini. Faktanya bahan ini
telah menghasilkan bentuk kristal tunggal bermutu tinggi yang membuat
kualitas optiknya superior dibandingkan bahan yang dikotori lainnya,
kata Ning.
Seperti banyak penemuan ilmiah, sintesis bahan erbium baru ini dibuat secara tak sengaja.
“Sama dengan apa yang dilakukan peneliti lainnya, kami pada awalnya
mencoba mengotori erbium ke dalam serat nano silikon. Namun
karakteristik yang ditunjukkan bahan ini mengejutkan kami,” katanya.
“Kami memperoleh bahan baru. Kami tidak tahu apa itu, dan tidak ada
dokumen ilmiah yang menjelaskannya. Perlu setahun bagi kami untuk
menyadari kalau kami menemukan bahan kristal tunggal baru yang belum
pernah ada sebelumnya.”
Ning dan timnya kini mencoba menggunakan senyawa erbium baru ini untuk
berbagai aplikasi, seperti peningkatan efisiensi sel surya silikon dan
membuat penguat optik miniatur untuk sistem fotonik skala chip untuk
komputer dan internet kecepatan tinggi.
“Yang paling penting,” katanya, “ada banyak hal yang kami harus
pelajari mengenai apa yang dapat dicapai oleh bahan baru ini. Studi awal
kami pada karakteristiknya menunjukkan kalau ia punya banyak sifat
mengagumkan dan kualitas optik yang superior. Penemuan lain yang lebih
mengagumkan sedang menunggu untuk dibuat.”
Sumber : FaktaIlmiah.com, 28 November 2011Thanks for reading: Meningkatkan Teknologi Energi, Komputer, dan Penerangan
0 komentar