EPFL

Para peneliti di EPFL telah mengembangkan perangkat berskala nano yang beroperasi lebih dari 10 kali lebih cepat dari transistor tercepat saat ini, dan sekitar 100 kali lebih cepat daripada transistor yang ada di komputer. Perangkat baru ini memungkinkan pembangkitan gelombang terahertz berdaya tinggi. Gelombang ini, yang terkenal sulit untuk diproduksi, berguna dalam beragam aplikasi mulai dari pencitraan dan penginderaan hingga komunikasi nirkabel berkecepatan tinggi. Operasi picosecond daya tinggi dari perangkat ini juga sangat menjanjikan untuk beberapa teknik perawatan medis canggih seperti terapi kanker dan berbagai aplikasi baru yang tak terhitung jumlahnya.

Gelombang Terahertz (THz) berada di antara gelombang mikro dan radiasi inframerah dalam spektrum elektromagnetik, berosilasi pada frekuensi antara 100 miliar hingga 30 triliun siklus per detik. Gelombang-gelombang ini sangat berharga karena sifatnya yang khas: dapat menembus kertas, pakaian, kayu dan dinding, serta mendeteksi polusi udara. Sumber THZ dapat merevolusi sistem keamanan dan pencitraan medis. Terlebih lagi, kemampuannya untuk membawa data dalam jumlah besar merupakan kunci bagi komunikasi nirkabel yang lebih cepat.

Gelombang THz adalah jenis radiasi non-pengion, yang berarti tidak menimbulkan risiko bagi kesehatan manusia. Teknologi ini sudah digunakan di beberapa bandara untuk memindai penumpang dan mendeteksi benda-benda dan zat berbahaya.

Meskipun memilki manfaat yang besar, gelombang THZ tidak banyak digunakan karena mahal dan rumit untuk dihasilkan. Tetapi teknologi baru yang dikembangkan oleh para peneliti di EPFL dapat mengubah semua itu. Tim dari Power and Wide-band-gap Electronics Research Laboratory (POWERlab), yang dipimpin oleh Prof Elison Matioli, membangun layanan pada skala nano yang dapat menghasilkan sinyal berdaya sangat tinggi hanya dalam beberapa picosecond, atau sepersepuluh detik, – yang menghasilkan gelombang THz berdaya tinggi.

Teknologi ini, yang dapat dipasang pada sebuah chip atau media yang fleksibel, suatu hari nanti bisa dipasangkan pada  smartphone dan perangkat genggam lainnya. Karya yang pertama kali ditulis oleh Mohammad Samizadeh Nikoo, dari POWERlab, telah diterbitkan dalam jurnal Nature.

Bagaimana cara kerjanya

Peralatan nano yang ringkas, murah, dan sepenuhnya listrik menghasilkan gelombang intensitas tinggi dari sumber kecil dalam waktu singkat. Ia bekerja dengan menghasilkan “percikan” yang kuat, dengan voltase mulai dari 10 V (atau lebih rendah) hingga 100 V dalam kisaran picosecond. Perangkat ini mampu menghasilkan percikan ini hampir terus menerus, artinya dapat memancarkan hingga 50 juta sinyal setiap detik. Ketika dihubungkan ke antena, sistem dapat menghasilkan dan memancarkan gelombang THz berdaya tinggi.

Perangkat ini terdiri dari dua lempeng logam yang terletak sangat berdekatan, terpisah hanya 20 nanometer. Ketika tegangan diberikan, elektron melonjak menuju salah satu lempen, di mana membentuk nanoplasma. Setelah tegangan mencapai ambang batas tertentu, elektron dipancarkan hampir secara instan ke lempeng kedua. Gerakan cepat yang dimungkinkan oleh sakelar cepatnya menciptakan sinyal intensitas tinggi yang menghasilkan gelombang frekuensi tinggi.

Perangkat elektronik konvensional hanya mampu melakukan kecepatan hingga satu volt per picosecond – terlalu lambat untuk menghasilkan gelombang THz berdaya tinggi.

Perangkat nano baru ini, yang mampu melakukan sepuluh kali lebih cepat, dapat menghasilkan energi dan sinyal frekuensi tinggi. “Biasanya, tidak mungkin untuk mencapai nilai tinggi untuk kedua variabel,” kata Matioli. “Perangkat semikonduktor frekuensi tinggi ini bersakala nano. Hanya dapat mengatasi beberapa volt sebelum timbul. Perangkat berdaya tinggi, sementara itu, terlalu besar dan lambat untuk menghasilkan gelombang terahertz. Solusi kami adalah meninjau kembali bidang lama dari plasma dengan teknik fabrikasi canggih berskala nano untuk mengusulkan perangkat baru dalam mengatasi kendala tersebut. ”

Menurut Matioli, perangkat baru ini mendorong semua variabel hingga tingkat ekstrim: “Frekuensi tinggi, daya tinggi dan skala nano bukan istilah yang biasanya Anda dengar dalam kalimat yang sama.”

“Perangkat nano ini, di satu sisi, menghadirkan tingkat kemudahan yang sangat tinggi dan biaya rendah, dan di sisi lain, menunjukkan kinerja yang sangat baik. Selain itu, dapat diintegrasikan dengan perangkat elektronik lainnya seperti transistor. Berdasarkan sifat-sifat unik ini, nanoplasma dapat membentuk masa depan yang berbeda untuk bidang elektronik ultra-cepat,” kata Samizadeh.

Teknologi ini dapat memiliki aplikasi luas selain menghasilkan gelombang THz. “Kami cukup yakin akan ada lebih banyak aplikasi inovatif yang akan muncul,” tambah Matioli.(ikons.id)