Mendapatkan titik-titik kuantum untuk berhenti berkedip
Tech

Mendapatkan titik-titik kuantum untuk berhenti berkedip

Titik kuantum, ditemukan pada 1990-an, memiliki berbagai aplikasi dan mungkin paling dikenal untuk menghasilkan warna-warna cerah di beberapa televisi kelas atas. Tetapi untuk beberapa kegunaan potensial, seperti melacak jalur biokimia obat saat berinteraksi dengan sel hidup, kemajuan telah terhambat oleh satu karakteristik yang tampaknya tidak terkendali: kecenderungan untuk berkedip pada interval acak. Itu tidak masalah ketika titik-titik digunakan secara agregat, seperti di layar TV, tetapi untuk aplikasi presisi itu bisa menjadi kelemahan yang signifikan.

Sekarang, tim ahli kimia di MIT telah menemukan cara untuk mengontrol kedipan yang tidak diinginkan ini tanpa memerlukan modifikasi apa pun pada formulasi atau proses pembuatannya. Dengan menembakkan seberkas sinar laser inframerah-tengah untuk momen yang sangat kecil — beberapa triliun detik — kedipan titik kuantum dihilangkan untuk waktu yang relatif lama, puluhan miliar kali lebih lama daripada pulsa laser.

Ahli kimia MIT telah menemukan cara untuk mengontrol kedipan titik-titik kuantum yang tidak diinginkan, yang digambarkan di sini sebagai bola kuning, tanpa memerlukan modifikasi apa pun pada formulasi atau proses pembuatannya.
Ilustrasi oleh para peneliti

Teknik baru ini dijelaskan dalam makalah yang muncul di jurnal Nanoteknologi Alam, oleh mahasiswa doktoral Jiaojian Shi, Weiwei Sun, dan Hendrik Utzat, profesor kimia Keith Nelson dan Moungi Bawendi, dan lima orang lainnya di MIT.

Titik kuantum adalah partikel kecil, hanya beberapa nanometer, terbuat dari bahan semikonduktor, yang memiliki “celah pita” antara tingkat energi elektronnya. Ketika bahan tersebut memperoleh energi dari cahaya yang menyinari mereka, elektron dapat melompat ke pita energi yang lebih tinggi; ketika mereka kembali ke tingkat sebelumnya, energi dilepaskan dalam bentuk foton, partikel cahaya. Frekuensi cahaya ini, yang menentukan warnanya, dapat disetel secara tepat dengan memilih bentuk dan dimensi titik. Selain layar tampilan, titik kuantum memiliki potensi untuk digunakan sebagai sel surya, transistor, laser, dan perangkat informasi kuantum.

Fenomena berkedip pertama kali diamati pada 1990-an, segera setelah titik kuantum pertama kali dibuat. “Mulai saat itu,” kata Bawendi, “saya akan presentasi [about quantum dots], dan orang-orang akan berkata, ‘singkirkan saja ini!’ Jadi, banyak upaya dilakukan untuk menghilangkannya dengan merekayasa antarmuka antara titik dan lingkungannya, atau dengan menambahkan molekul lain. Tetapi tidak satu pun dari hal-hal ini yang benar-benar berfungsi dengan baik atau sangat dapat direproduksi.”

“Kami tahu bahwa untuk beberapa aplikasi informasi kuantum, kami menginginkan sumber pemancar foton tunggal yang sempurna,” jelas Sun. Tetapi dengan titik-titik kuantum yang tersedia saat ini, yang mungkin cocok untuk aplikasi semacam itu, “mereka akan mati secara acak, dan ini sebenarnya merugikan aplikasi apa pun yang memanfaatkan fotoluminesensi dari titik-titik.”

Tapi sekarang, katanya, berkat penelitian tim, “kami menggunakan pulsa inframerah tengah ultra-cepat ini, dan titik-titik kuantum dapat tetap dalam keadaan ‘aktif’. Ini berpotensi sangat berguna untuk aplikasi, seperti dalam ilmu informasi kuantum, di mana Anda benar-benar membutuhkan sumber terang foton tunggal tanpa intermiten apapun.”

Demikian pula, untuk aplikasi penelitian biomedis, menghilangkan kedipan sangat penting, kata Shi. “Ada banyak proses biologis yang benar-benar membutuhkan visualisasi dengan tag photoluminescent yang stabil, seperti aplikasi pelacakan. Misalnya, ketika kita minum obat, Anda ingin memvisualisasikan bagaimana molekul obat itu diinternalisasikan ke dalam sel, dan di mana organel subselular itu berakhir.” Ini dapat mengarah pada proses penemuan obat yang lebih efisien, katanya, “tetapi jika titik-titik kuantum mulai banyak berkedip, pada dasarnya Anda kehilangan jejak di mana molekul itu berada.”

Nelson, yang merupakan Profesor Kimia Haslam dan Dewey, menjelaskan bahwa penyebab fenomena berkedip mungkin ada hubungannya dengan muatan listrik tambahan, seperti elektron ekstra, yang menempel pada bagian terluar dari titik-titik kuantum, mengubah sifat permukaan sehingga ada jalur alternatif lain untuk energi ekstra yang akan dilepaskan, bukan dengan memancarkan cahaya.

“Berbagai hal dapat terjadi di lingkungan nyata,” kata Nelson, “sehingga mungkin titik kuantum memiliki elektron yang menutupinya di suatu tempat di permukaan.” Alih-alih netral secara elektrik, titik kuantum sekarang memiliki muatan bersih, dan meskipun masih dapat kembali ke keadaan dasarnya dengan memancarkan foton, “muatan tambahan sayangnya juga membuka sejumlah jalur tambahan untuk keadaan tereksitasi elektron ke kembali ke keadaan dasar tanpa memancarkan foton,” misalnya dengan melepaskan panas.

Tetapi ketika disengat dengan semburan cahaya inframerah-tengah, muatan tambahan cenderung terlempar dari permukaan, memungkinkan titik-titik kuantum menghasilkan emisi yang stabil dan menghentikan kedipannya.

Ternyata, kata Utzat, bahwa ini adalah “proses yang sangat umum,” yang mungkin berguna untuk menangani intermiten yang tidak wajar di beberapa perangkat lain, seperti yang disebut pusat kekosongan nitrogen di berlian, yang sedang dimanfaatkan untuk mikroskop resolusi ultra tinggi dan sebagai sumber foton tunggal dalam teknologi kuantum optik. “Meskipun kami telah menunjukkannya hanya untuk satu jenis bahan pekerja keras, titik kuantum, saya percaya bahwa kami dapat menerapkan metode ini ke penghasil emisi lainnya,” katanya. “Saya pikir efek mendasar dari penggunaan cahaya inframerah-tengah ini berlaku untuk berbagai macam bahan yang berbeda.”

Nelson mengatakan efeknya juga mungkin tidak terbatas pada pulsa inframerah menengah, yang saat ini bergantung pada peralatan laser laboratorium yang besar dan mahal dan belum siap untuk aplikasi komersial. Prinsip yang sama juga dapat meluas ke frekuensi terahertz, katanya, area yang sedang dikembangkan di labnya dan lainnya dan yang pada prinsipnya dapat menghasilkan perangkat yang jauh lebih kecil dan lebih murah.

Ditulis oleh David L. Chandler

Sumber: Institut Teknologi Massachusetts



Posted By : pengeluaran hk hari ini