Ilmuwan Membuat Radio Penerima Terkecil Seukuran Dua Atom

Radio adalah teknologi yang digunakan untuk pengiriman sinyal dengan cara modulasi gelombang elektromagnetik. Gelombang ini melintas, dan merambat melalui udara, dan bisa juga merambat melalui ruang angkasa yang hampa udara, karena gelombang elektromagnetik tidak memerlukan medium perantara (seperti molekul udara)[1].

Sistem Radio membutuhkan pemancar untuk memodulasi (perubahan) beberapa sifat gelombang elektromagnetik, misalnya dengan menggunakan modulasi amplitudo (AM) maupun modulasi frekuensi (FM). Sedangkan pada radio penerima menggunakan sebuah antena untuk menerima frekuensi yang termodulasi melalui radio pemancar dan mengubahnya menjadi bentuk yang dapat digunakan oleh konsumen. Radio penerima akan menerima beberapa data seperti suara, gambar, data digital, nilai-nilai pengukuran data dari sensor terhadap lingkungan yang dipantau, posisi navigasi, dll. Frekuensi yang bekerja pada radio komunikasi terdapat nilai rentang frekuensi (pita frekuensi) yang dipakai yaitu berkisar pada 2 kHz sampai 300 GHz[2].

Gambar 1. Proses pengiriman sinyal suara pada Radio dari penyiar hingga bisa didengar penerima siaran[2]

Radio penerima saat ini, ukurannya cukup besar dan juga ada yang berukuran kecil, hingga yang telah terintegrasi dengan ponsel Handphone. Namun, berbeda dengan Radio penerima yang diteliti oleh Linbo Shau et al dari Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences pada 2016 lalu, yang diterbitkan di PHYSICAL REVIEW APPLIED, berjudul “Diamond Radio Receiver: Nitrogen-Vacancy Centers as Fluorescent Transducers of Microwave Signals“. Pada makalah yang mereka tulis menyatakan bahwa, telah dibuat radio penerima terkecil di dunia yang dirakit pada skala atom menggunakan berlian berwarna merah muda. Radio tersebut selain seukuran dua atom juga tahan terhadap kondisi lingkungan yang kurang ramah seperti pada suhu yang sangat panas hingga 350 derajat celcius[5][6], dan bersifat biokompatibel (bisa bekerja dimana saja misalnya ditempatkan pada probe di Venus bahkan pada alat pacu jantung manusia).

Gambar 2. Pusat nitrogen-vacancy (NV) untuk menciptakan sebuah atom nitrogen dengan lubang (ruang kosong) disebelahnya[3][4]

Radio yang dibuat oleh ilmuwan tersebut dengan menggunakan berlian yang mengalami cacat titik pada kisinya yang disebut sebagai center nitrogen-vacancy (NV). Cacat titik pada atom berlian tersebut terjadi karena para ilmuwan menggantikan salah satu atom karbon dengan atom nitrogen dan sekaligus membentuk kekosongan atom pada sisi atom yang telah digantikan tersebut[5]. Kekosongan disekitar atom karbon yang tergantikan oleh atom nitrogen inilah yang disebut sebagai center nitrogen-vacancy (NV) atau disekitar pusat atom nitrogen tersebut ada celah atom yang kosong seperti yang terlihat pada gambar 2 di atas. Kemudian atom nitrogen dan celah kosong di dekatnya akan digunakan untuk mendeteksi medan magnet lemah dan juga bersifat photoluminescent, artinya dapat mengubah informasi menjadi cahaya sehingga dapat digunakan untuk komputasi kuantum, photonika, dan penginderaan (sensing).

 

Gambar 3. (a) Skema eksperimental pada nitrogen-vacancy (NV) pada radio penerima. (b) Prinsip NV pada gelombang radio FM yang termodulasi. (c) Ilustasi sinyal microwave FM yang akan didemodulasi (biru) dan output yang dihasilkan pada sinyal amplitudo fluoresensi termodulasi (biru)[5]

Teknologi radio pada umumnya memiliki beberapa blok penting yaitu sumber daya (power supply), input, pengolah, dan output. Dalam penelitian yang yang dilakukan pada radio sekecil 2 atom ini juga memiliki beberapa bagian penting sebagaimana sebuah radio pada umumnya, yaitu sumber daya, penerima (antena), tranduser (mengkonversi sinyal elektromagnetik berfrekuensi tinggi di udara menjadi frekuensi rendah), speaker (output suara), dan tuner.

Dalam perangkat radio tersebut bekerja dengan cara, elektron-elektron di pusat-pusat nitrogen-vacancy (NV) berlian dipompa menggunakan laser hijau. Kemudian, elektron tersebut memiliki sifat sensitif terhadap medan elektromagnetik, misalnya gelombang yang digunakan pada radio FM. Ketika pusat nitrogen-vacancy (NV) menerima gelombang radio lalu dikonversi dengan indikator memancarkan sinyal audio berupa lampu merah. Dengan menggunakan sebuah photodiode dapat mengkonversi (mengubah) cahaya (sinyal audio berupa lampu merah) menjadi arus listrik, yang kemudian dikonversi sinyal audio untuk dikirim ke speaker sederhana atau headphone agar dapat didengarkan oleh telinga manusia. Sedangkan untuk mengubah frekuensi (tunning) stasiun radio ke stasiun yang lainnya pada pusat-pusat nitrogen-vacancy (NV) dengan menciptakan medan magnet kuat di sekitar berlian[3][6][7].

Berikut video demontrasi radio terkecil di dunia,

 

Refrensi:

  1. Wikipedia Indonesia, Radio (https://id.wikipedia.org/wiki/Radio) 27 Januari 2018
  2. Wikipedia Inggris, Radio (https://en.wikipedia.org/wiki/Radio) 27 Januari 2018
  3. Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences. 2016. “World’s smallest radio receiver has building blocks the size of two atoms“. PhysOrg, 16 Desember 2016 (https://phys.org/news/2016-12-world-smallest-radio-blocks-size.html) diakses pada 8 Februari 2018
  4. Wikipedia Inggris, Nitrogen-vacancy center (https://en.wikipedia.org/wiki/Nitrogen-vacancy_center) diakses pada 8 Februari 2018
  5. Petta Group, Nitrogen Vacancy Centers in Diamond (http://pettagroup.princeton.edu/nvs.html) diakses pada 10 Februari 2018
  6. Shao, Linbo et al. 2016. “Diamond Radio Receiver: Nitrogen-Vacancy Centers as Fluorescent Transducers of Microwave Signals“. Physical Review Applied (abstrak), 15 Desember 2016 (https://journals.aps.org/prapplied/abstract/10.1103/PhysRevApplied.6.064008) diakses pada 8 Februari 2018
  7. Shao, Linbo et al. 2016. “Diamond Radio Receiver: Nitrogen-Vacancy Centers as Fluorescent Transducers of Microwave Signals“. PHYSICAL REVIEW APPLIED 6, 064008 (2016), American Physical Society (paper) DOI: 10.1103/PhysRevApplied.6.064008
Nilai Artikel Ini
Artikel Berhubungan:

Sponsor Warstek.com:
Maya Rahma Zahara

Maya Rahma Zahara

Seorang wanita biasa yang sedang menempuh pendidikan Pascasarjana di Fisika ITB.

Yuk Ajukan Pertanyaaan atau Komentar