Titik Kuantum Antarkan Para Penemunya Raih Nobel

Hadiah Nobel Kimia 2023 diberikan kepada tiga ilmu yang menemukan titik kuantum. Penemuan kelas material baru mereka telah berguna dalam pembuatan TV layar lebar dan operasi kanker.

Anugerah Nobel Kimia 2023 diberikan kepada tiga ilmuwan atas penemuanQuantum Dot(QD) atau titik kuantum pada Rabu (4/10) lalu. Titik kuantum adalah nanopartikel yang sangat kecil yang salah satu sifatnya dapat mengontrol warna. Penemuannya telah membuat teknologi ini sangat berharga dalam aplikasi mulai dari tampilan warna besar hingga produksi energi.

Pemenangnya adalah Moungi Bawendi dari Massachusetts Institute of Technology, Louis Brus dari Columbia University, dan Alexei Ekimov dari perusahaan Nanocrystals Technology di Negara Bagian New York. Ketiga ilmuwan tersebut akan berbagi hadiah sebesar 11 juta kronor Swedia, atau hampir 1 juta dollar AS.

Mampu menghasilkan banyak sekali warna, titik-titik kuantum adalah materi umum di layar televisi besar saat ini. Pada dasarnya titik-titik ini berupa kristal kecil, tetapi lebih mudah untuk menganggap masing-masing kristal sebagai bola terkompresi dengan diameter beberapa nanometer dan mengandung elektron.

Elektron adalah kunci cara kerja titik kuantum. Melalui kompresi, memungkinkan elektron menyimpan lebih banyak energi. "Jika Anda mengambil sebuah elektron dan memasukkannya ke dalam ruang kecil, fungsi gelombangnya akan terkompresi dan berarti elektron memiliki lebih sedikit kebebasan untuk bergerak," papar Heiner Linke, anggota Komite Nobel Kimia.

Salah satu penemuan yaitu Bawendi. Ketika dihubungi melalui telepon oleh Royal Swedish Academy of Sciences setelah pengumuman tersebut, mengatakan bahwa dia sangat terkejut, tak percaya dan sangat tersanjung, seperti dikutip dariScientific American.

Berita tersebut disambut dengan tepuk tangan oleh ahli kimia lainnya. "Nanopartikel luar biasa ini memiliki potensi besar untuk menciptakan perangkat yang lebih kecil, lebih cepat, lebih cerdas, meningkatkan efisiensi panel surya dan kecemerlangan layar TV Anda," kata Gill Reid, Presiden Royal Society of Chemistry dan ahli kimia anorganik di Universitas Southampton, Inggris, dalam pernyataannya baru-baru ini. "Sangat menarik dan menunjukkan bagaimana kimia dapat digunakan untuk memecahkan berbagai tantangan," imbuh dia.

Meskipun efek kuantum sering dianggap sebagai bidang fisika, Judith Giordan, ahli kimia dan presiden American Chemical Society, menyatakan dengan tegas bahwa titik adalah produk kimia.

"Kita memiliki elektron. Mereka ada di setiap atom," kata Giordan. "Meskipun efek dari pengekangan elektron dalam ruang kecil telah diteorikan oleh para fisikawan, namun ahli kimialah yang memindahkan elektron ke dalam arsitektur atom yang baru, yang menemukan cara untuk memproduksinya di laboratorium dan kemudian di lingkungan manufaktur," imbuh dia.

Gagasan tentang titik kuantum pertama kali muncul dalam teori pada 1930-an dan kemudian terhenti selama beberapa dekade. Namun pada awal 1980-an, Ekimov memasukkan nanopartikel tembaga klorida ke dalam kaca dan menunjukkan bahwa ukuran partikel mengubah warna kaca melalui efek kuantum.

Beberapa tahun kemudian ilmuwan Brus mencapai perubahan warna serupa dengan nanopartikel yang mengambang bebas dalam cairan. Sedangkan Bawendi, pada 1993, mengembangkan cara untuk menstandarisasi produksi titik, yang membuka peluang bagi banyak laboratorium dan perusahaan lain.

"Dia membuatnya mudah," kata ahli kimia Rigoberto Advincula, yang bekerja pada teknologi skala nano di Universitas Tennessee, Knoxville. "Laboratorium Bawendi menciptakan semacam 'sup' zat lain yang menempel pada benih titik kuantum dan mengatur pertumbuhannya secara tepat," kata Advincula.

Bagi Advincula, ini adalah cara sederhana untuk mengontrol ukurannya dan menyesuaikannya untuk menghasilkan tingkat energi yang berbeda.

Selain layar besar dan panel surya, titik-titik digunakan untuk menyesuaikan warna lampu LED agar tidak terlalu tajam. Ilmuwan medis juga menjajaki penggunaannya sebagai sensor dan pemindai untuk molekul yang sulit ditemukan di dalam tubuh.

Apakah "QD" Itu?

Titik kuantum (QD) adalah kristal berskala nano buatan manusia yang menunjukkan sifat optik dan elektronik unik. Titik-titik itu memiliki kemampuan untuk mengangkut elektron dan memancarkan cahaya berbagai warna saat terkena sinar ultraviolet (UV).

Nanopartikel semikonduktor yang disintesis secara artifisial ini memiliki beragam aplikasi potensial. Beberapa contohnya adalah penggunaan dalam komposit, sel surya, pelabelan biologis fluoresen, penginderaan, pencahayaan, dan pencitraan medis.

Titik kuantum partikel nano semikonduktor pertama kali diteorikan pada 1970-an. Kemudian berhasil disintesis pada awal tahun 1980-an. Ketika partikel semikonduktor dibuat cukup kecil, mereka menunjukkan efek kuantum, yang membatasi energi di mana elektron dan lubang (tidak adanya elektron) dapat berada di dalam partikel.

Karena energi dikaitkan dengan panjang gelombang (atau warna), hal ini menyebabkan sifat optik partikel dapat disesuaikan berdasarkan ukurannya. Dengan mengontrol ukuran partikel, partikel dapat dibuat memancarkan atau menyerap panjang gelombang (warna) cahaya tertentu.

QD adalah kristal yang memiliki kemampuan untuk mengubah spektrum cahaya menjadi warna berbeda. Struktur nano buatan yang ada dapat memiliki banyak variasi sifat, bergantung pada bahan dan bentuknya. Misalnya, karena sifat elektroniknya yang khusus, bahan ini dapat digunakan sebagai bahan aktif dalam transistor elektron tunggal.

Sifat-sifat dari titik-titik kuantum ditentukan oleh berbagai faktor, termasuk ukuran, bentuk, komposisi, dan struktur, seperti padat atau berongga. Untuk memanfaatkan titik kuantum, secara efektif diterapkan pada berbagai aplikasi termasuk katalis, elektronik, fotonik, penyimpanan informasi, pencitraan, kedokteran, dan penginderaan, diperlukan teknologi manufaktur.

Titik-titik kuantum dapat diandalkan yang secara konsisten untuk mendapatkan hasil berupa nanokristal dalam jumlah besar dengan parameter seragam. Hal ini akan memastikan bahwa setiap kumpulan titik kuantum memiliki sifat yang konsisten dan dapat diprediksi untuk aplikasi tertentu.

Karena molekul biologis tertentu mampu mengenali molekuler dan merakit sendiri, nanokristal juga dapat menjadi bahan penyusun penting untuk perangkat nano fungsional yang dapat dirakit sendiri. Keadaan energi titik kuantum yang mirip atom selanjutnya berkontribusi pada sifat optik khusus, seperti panjang gelombang fluoresensi yang bergantung pada ukuran partikel; efek yang digunakan dalam pembuatan alat optik untuk pencitraan biologis dan medis. hay/I-1