Menjebak cahaya dalam microchip: Profesor memenangkan penghargaan sains teratas
Science

Menjebak cahaya dalam microchip: Profesor memenangkan penghargaan sains teratas

TORONTO — Sajeev John pertama kali muncul dengan konsep menjebak cahaya ketika dia menjadi mahasiswa PhD di Harvard pada tahun 1984 – sekarang, beberapa dekade kemudian, dia memenangkan penghargaan untuk konsep tersebut dan bekerja tentang bagaimana menerapkan ide ini untuk merevolusi teknologi surya.

John, fisikawan teoretis dan profesor di University of Toronto, adalah penerima Medali Emas Gerhard Herzberg Canada tahun ini untuk Sains dan Teknik, penghargaan paling bergengsi di Kanada untuk sains, yang mencakup peningkatan pendanaan.

“Pendanaan adalah sesuatu yang sangat berharga bagi saya,” katanya kepada CTVNews.ca dalam sebuah wawancara telepon.

Medali Gerhard Herzberg, dinamai untuk fisikawan Kanada yang memenangkan Hadiah Nobel untuk Kimia pada tahun 1971, dianugerahkan oleh Dewan Riset Ilmu Pengetahuan Alam dan Teknik Kanada. Penerima telah meningkatkan dana mereka selama lima tahun, menambahkan hingga $ 1 juta total.

Teknologi perangkap cahaya yang pertama kali dia pikirkan lebih dari tiga dekade lalu telah digunakan untuk membuat serat optik, dengan aplikasi termasuk laser yang digunakan dalam pengobatan.

“Ini sebenarnya telah digunakan dalam terapi medis untuk operasi laser, untuk memandu cahaya intensitas tinggi dari endoskopi fleksibel […] untuk menguapkan tumor dan hal-hal seperti itu,” katanya.

Teknologi ini dapat memainkan peran kunci dalam superkomputer masa depan, tetapi saat ini, biaya produksi terlalu tinggi karena tingkat kesempurnaan yang dibutuhkan.

“Aplikasi komputer adalah sesuatu yang sedikit lebih jauh ke masa depan,” kata John.

Alih-alih superkomputer, John memusatkan perhatiannya pada bagaimana perangkap cahaya dapat mengubah teknologi surya — sesuatu yang bisa menjadi sangat penting dalam perjuangan berkelanjutan melawan perubahan iklim.

“Jumlah energi matahari yang menghujani permukaan sekitar seratus ribu faktor lebih besar dari total konsumsi daya semua manusia di Bumi,” katanya. “Jadi ini masalah menangkapnya secara efisien.”

APA ARTINYA ‘MENANGKAP CAHAYA’?

John mengatakan idenya dimulai ketika, sebagai mahasiswa, dia mulai bertanya-tanya apakah foton, “partikel dasar cahaya”, dapat terperangkap “oleh beberapa susunan materi” seperti elektron yang terkandung di dalam atom.

Satu hal yang membuat cahaya sangat berbeda dari partikel lain adalah cahaya juga bertindak sebagai panjang gelombang, sesuatu yang pertama kali ditemukan pada tahun 1860-an.

“Sejak saat itu […] tidak ada yang benar-benar memahami cara menjebak gelombang cahaya dan beberapa menganggapnya tidak mungkin karena cahaya adalah energi murni dan bergerak sangat cepat, ”kata John.

“Idenya adalah memanfaatkan karakter gelombang ini. Gelombang berinterferensi — jika puncak bertemu dengan puncak, ada yang disebut interferensi konstruktif, tetapi puncak bertemu dengan palung dan mereka membatalkan.

“Jadi saya dapat menemukan, secara teoritis, dengan susunan materi — dan materi, maksud saya bahan seperti silikon — bahwa jika Anda membentuknya secara geometris dan menyusun bongkahan silikon ini dalam materi periodik, itu akan menyebabkan cahaya untuk mengganggu dirinya sendiri secara praktis ke segala arah yang ingin dicoba dan melarikan diri dari titik di mana ia diciptakan.”

Ide dasar untuk menjebak cahaya menjadi tesis PhD-nya, tetapi ide tentang cara menjebaknya disempurnakan lebih lanjut dalam sebuah makalah pada tahun 1987 yang dia tulis ketika dia menjadi asisten profesor di Princeton, yang menggambarkan ide teoretis untuk menciptakan bahan yang bisa menjebak cahaya pada skala yang sebanding dengan panjang gelombangnya, sesuatu yang disebut bahan celah pita fotonik.

“Di situlah subjek benar-benar mulai lepas landas,” katanya. “Dan itu menarik banyak minat karena […] sekarang sebenarnya ada sedikit jalan yang secara teoritis ditentukan sehingga orang benar-benar dapat memikirkan jenis bahan apa yang akan melakukan hal ini.”

Ilmuwan dan kelompok lain yang berharap untuk bereksperimen dengan teori ini menjadi tertarik pada saat itu dalam menemukan cara untuk mengkonfirmasi prediksi John dan menemukan aplikasi untuk ide ini.

Dan para ilmuwan masih menemukan aplikasi baru untuk itu, termasuk John.

MENGEJAR TEKNOLOGI SURYA BARU

“Salah satu hal yang saat ini saya minati adalah menangkap cahaya, bukan dari laser, tapi dari matahari,” kata John. “Sumber sebagian besar energi kita.”

Proyeknya saat ini adalah merancang sel surya yang mampu menangkap cahaya lebih efisien daripada produk surya yang ada.

“Sekarang, sinar matahari datang melalui rentang panjang gelombang yang sangat luas,” katanya. “Jadi kami harus menangkap semua gelombang itu dan kami ingin melakukannya dengan bahan yang sangat tipis, yang sangat berbeda dari panel surya standar.”

Dia mengatakan bahwa dengan memperkenalkan mekanisme untuk menjebak cahaya, Anda bisa membuat sel surya dari silikon — bahan panel surya yang sebagian besar terbuat dari — jauh lebih tipis dan bahkan fleksibel.

“Anda bisa meletakkannya di berbagai permukaan yang berbeda – permukaan bangunan, mobil, dan bahkan pakaian,” katanya. “Ini kemampuan untuk menjebak cahaya dalam bahan yang sangat tipis dan bahan yang sangat melimpah dan tidak beracun seperti silikon. […] yang, menurut saya, merupakan terobosan yang kami coba kembangkan menjadi sesuatu yang lebih dari teknologi saat ini.”

Eksperimen sudah dijalankan untuk menguji dan menyempurnakan konsep ini.

John mengatakan dia memiliki kolaborator di Toronto, Australia dan Jerman yang bekerja untuk mewujudkannya, termasuk para ahli dalam teknologi surya tradisional.

“Desain yang saya kembangkan secara teoritis sedang diimplementasikan oleh kelompok ini ‘di bawah’ untuk diletakkan di permukaan atas sel surya, kristal fotonik atau arsitektur penangkap cahaya ini, dan ini ditempatkan pada struktur silikon, yang sudah memiliki elektronik berkualitas tinggi yang dibangun oleh grup di Jerman yang memiliki rekor dunia dalam sel surya, ”kata John.

“Jadi meskipun kita bicara sekarang, ini sebenarnya sedang dilaksanakan dan sedang diuji. Saya pikir kami akan memiliki beberapa jawaban tentang efisiensi perangkat dalam tahun depan.”

Jika teknologi ini bekerja seperti yang telah dirancang, itu bisa mengubah cara kita berpikir tentang energi surya, dengan aplikasi potensial sebagai pelapis pada mobil atau bangunan.

“Anda bisa membuat penangkapan energi surya lebih banyak di mana-mana, tidak hanya di beberapa ladang tenaga surya atau beberapa atap rumah,” kata John.

Dia menunjukkan bahwa silikon berlimpah di Bumi dan tidak beracun, dan jika metode ini berhasil, mungkin tidak memerlukan beberapa bahan kimia lebih beracun yang diperlukan dalam panel surya tradisional.

Penggunaan lain dari teknologi perangkap cahaya ini yang sedang diteliti adalah menggunakannya untuk menghasilkan bahan bakar hidrogen secara lebih efisien dengan memisahkan air menjadi gas oksigen dan gas hidrogen.

Ini disebut fotokatalisis, tetapi kadang-kadang dianggap sebagai “fotosintesis buatan,” John menjelaskan, karena menggunakan energi dari matahari untuk mengisi elektron dan menyebabkan reaksi kimia yang dapat mengubah air, mirip dengan bagaimana tanaman menggunakan energi matahari.

Menjebak lebih banyak cahaya akan merampingkan prosesnya.

“Jika Anda bisa mengumpulkan 10 kali lebih banyak hidrogen, maka itu lebih hemat biaya – itulah ide di baliknya,” kata John.

Meskipun dia punya tangan penuh sekarang, di masa depan, John mengatakan dia ingin melihat apakah teknologi ini dapat digunakan dalam pencitraan medis untuk berpotensi membantu mendeteksi penyakit lebih awal.

“Tipe orang yang berinteraksi dengan saya, keindahan ilmu itu sendiri, mereka semua adalah inspirasi yang luar biasa,” katanya.


Posted By : angka keluar hk