Para peneliti di McGill University telah mengembangkan perangkat kuantum baru yang menghasilkan partikel suara kecil yang disebut fonon pada suhu sedikit di atas nol mutlak. Terobosan ini dapat membantu membuka jalan bagi laser fonon, sebuah teknologi yang berpotensi digunakan dalam komunikasi, diagnostik medis, dan penginderaan tingkat lanjut.
“Komunikasi modern sangat bergantung pada cahaya, termasuk gelombang elektromagnetik dan arus listrik. Dalam media seperti lautan, suara dapat merambat, sedangkan cahaya dan arus listrik tidak,” kata Michael Hilke, profesor fisika dan salah satu penulis studi tersebut. “Dalam tubuh manusia, gelombang suara juga bisa menjadi alat yang berguna.”
Perangkat ini dirancang dan diuji oleh para peneliti di Universitas McGill dan Dewan Riset Nasional Kanada, sedangkan bahan yang digunakan dalam perangkat tersebut disintesis di Universitas Princeton.
Seberapa cepat elektron menghasilkan suara kuantum?
Tim menciptakan perangkat tersebut menggunakan kristal dua dimensi yang membatasi elektron dalam saluran yang lebarnya hanya beberapa atom. Ketika arus listrik mendorong elektron melalui jalur ultra-tipis ini dengan kecepatan tinggi, elektron melepaskan kelebihan energinya dalam semburan getaran suara yang disebut fonon.
Para peneliti menemukan bahwa fonon ini dapat dihasilkan dalam pola yang dapat diprediksi dan dikendalikan, sebuah langkah penting menuju perangkat praktis yang mengandalkan manipulasi suara yang tepat pada tingkat kuantum.
Pendinginan mengungkap perilaku kuantum yang tidak biasa
Percobaan dilakukan pada suhu berkisar antara 10 milikelvin hingga 3,9 kelvin. Pada suhu yang sangat rendah ini, elektron berperilaku lebih teratur, sehingga lebih mudah untuk mengamati fenomena kuantum, di mana materi bertindak seperti gelombang dibandingkan partikel biasa.
“Pada suhu nol mutlak – yaitu, dalam dunia fisika kuantum – tidak ada suara yang tercipta kecuali elektron secara kolektif bergerak dengan kecepatan suara atau lebih cepat,” jelas Hilke. “Penelitian sebelumnya telah mengamati efek terkait ketika kecepatan elektron mendekati penghalang suara. Penelitian kami melangkah lebih jauh dengan mendorong sistem jauh melampaui titik ini dan menunjukkan bahwa teori-teori yang ada perlu dievaluasi ulang mengingat elektron bisa menjadi sangat panas bahkan jika kristal induknya mendekati nol mutlak.”
Menuju komunikasi yang lebih cepat dan teknologi medis
Tahap penelitian selanjutnya akan melibatkan pembuatan perangkat dari bahan lain, termasuk graphene, yang memungkinkannya beroperasi pada kecepatan lebih tinggi.
Menurut Hilke, versi teknologi masa depan dapat berkontribusi pada sistem komunikasi yang lebih cepat, alat penginderaan yang lebih sensitif, metode yang lebih baik dalam mempelajari bahan biologis, dan teknologi medis yang canggih.
“Fonon sulit dihasilkan dan dioperasikan dengan cara yang terkendali, itulah sebabnya kami menjajaki rezim baru. Secara umum, inilah cara arus listrik dan energi bergerak dan diubah menjadi material elektronik canggih,” katanya.
Detail studi
Hasilnya dipublikasikan di Surat Pemeriksaan Fisik dalam artikel berjudul “Emisi magnetofon resonansi oleh elektron supersonik dalam sistem mobilitas ultra-tinggi dua dimensi”, oleh Michael Hilke dkk.
Penelitian ini didanai oleh Dewan Penelitian Ilmu Pengetahuan Alam dan Teknik Kanada dan Dana Penelitian Quebec – Alam dan Teknologi.
