10 Terobosan Terpenting Fisika 2014 (Bagian 3)

Peringkat 1 s.d. 3 dibahas di Bagian 1. Peringkat 4 dan 5 dibahas di Bagian 2. Peringkat 6 dibahas di sini.

Peringkat 6: Mempertajam proyeksi citra dari serat optik yang disorder

Fungsi utama serat optik adalah memandu cahaya. Seperti halnya pipa atau selang yang memandu arah gerak air, serat optik memandu arah gerak cahaya sehingga dia disebut juga sebagai pipa cahaya. Ilustrasi bagaimana serat optik memandu arah gerak cahaya diberikan pada gambar berikut ini.

Dinding serat memantulkan cahaya.

Cahaya dapat dipakai untuk mengirim informasi. Oleh sebab itu, serat optik telah mengubah cara kita berkomunikasi sehingga tokoh yang merancangnya mendapat hadiah Nobel Fisika tahun 2009.

Salah satu aplikasi serat optik sebagai pemandu cahya adalah mentransfer citra, atau gambar, dari satu tempat ke tempat yang lain seperti ilustrasi berikut ini.

Pemindahan citra oleh serat.

Namun, karena ketidaksempurnaan serat, selalu ada kemungkinan citra yang dipindahkan menjadi kabur. Salah satu sebabnya adalah dinding serat bagian dalam yang cacat sehingga tidak dapat memandu arah gerak cahaya sesuai dengan yang seharusnya seperti diilustrasikan gambar berikut ini.

Kanan: Cermin datar sempurna memberikan pemantulan sempurna. Kiri: cermin datar cacat memberikan hamburan.
Kanan: Cermin datar sempurna memberikan pemantulan sempurna. Kiri: cermin datar cacat memberikan hamburan.

Pemantulan yang diinginkan digambarkan oleh panah biru, sedangkan yang tidak diinginkan oleh panah merah. Jika dinding serat cacat, disebut disorder, maka panah merah akan menganggu “arus cahaya” yang sedang dipandu. Akibatnya, citra yang dihasilkan kabur.

Apakah ada cara mengatasi ini?

Kolaborasi peneliti dari University of New Mexico, University of Wisconsin-Milwaukee, Corning Inc. dan Clemson University (semua dari Amerika Serikat) berhasil menemukan sebuah metode untuk mengatasi masalah ini.

Mereka susun disoder pada dinding serat ini sedemikian rupa sehingga hamburan cahaya tidak lagi mengganggu arus cahaya. Akibatnya, proyeksi citra yang dihasilkan jelas dan tajam seperti gambar berikut ini.

Bahkan, serat optik prototipe yang mereka gunakan menghasilkan citra yang lebih tajam daripada yang dihasilkan oleh serat optik komersial terbaik yang ada saat ini.

Menakjubkan.

Lokalisasi Anderson

Rahasia dibalik ide mereka adalah memanfaatkan prinsip “Lokalisasi Anderson”.

Lokalisasi Anderson adalah sebuah fenomena hilangnya jalur gerak elektron pada medium disorder. Dalam konteks ini, medium disorder adalah material yang mengandung zat yang memiliki komposisi kimia berbeda dengan lingkungannya. Zat ini disebut pengotor (impurity) dan pengotoran pada material tertentu memberikan sifat semikonduktor pada material tersebut.

P. W. Anderson menjelaskan fenomena ini bahwa telah terjadi lokalisasi elektron pada material semikonduktor tersebut . Penjelasan ini adalah salah satu keberhasilan dari teori yang dibuat oleh P. W. Anderson. Oleh sebab itu, beliau menerima hadiah Nobel Fisika tahun 1977.

Meskipun lokalisasi Anderson awalnya untuk elektron, tapi dapat digeneralisir untuk gelombang. Elektron memang dianggap gelombang oleh mekanika kuantum. Oleh sebab itu, lokalisasi Anderson pun berlaku untuk gelombang cahaya dan gelombang akustik.

Inilah aplikasi praktis dari efek lokalisasi Anderson. Tentu saja teknik sangat bernilai komersial. Namun, Arash Mafi, kepala kolaborator riset ini, mengatakan tidak memiliki rencana untuk mematenkan pekerjaan mereka dalam waktu dekat ini. Bahkan Mafi mengatakan bahwa dia secara personal potensi terbesar dari hasil riset ini adalah untuk digunakan pada endoskopi.

Endoskopi adalah mencitrakan bagian dalam tubuh kita dengan menggunakan alat yang disebut endoskop seperti pada gambar beriktu ini.

Laporan hasil riset ini telah dipublikasi pada 25 Februari 2014 di jurnal Nature Communications volume 5.

Lanjut ke Bagian 4.

Author: febdian RUSYDI

a physicists, a faculty, a blogger.

4 thoughts on “10 Terobosan Terpenting Fisika 2014 (Bagian 3)”

Leave a Reply