051010 Nobelpreis Physik 2010

Dua peneliti Institut untuk Mikroelektronika Universitas Manchester, Inggris, Andre Geim yang berkewargaan Belanda dan Konstantin Novoselov yang berkewargaan ganda Rusia dan Inggris dianugerahi Nobel Fisika. Keduanya terpilih sebagai penerima hadiah paling bergengsi dalam bidang fisika tahun 2010 untuk hasil penelitiannya dalam mengisolasi graphene dari unsur graphit atau karbon. Melalui ini dapat direkayasa jejaring unsur karbon berukuran setebal satu atom. Material ini memiliki sifat elektrisitas dan mekanis amat istimewa.

Menghantar Listrik Seperti Tembaga

Andre Geim mengungkapkan, ia memperoleh gagasan penelitian graphene lewat sebuah coretan pensil. Seperti diketahui, bagian inti pensil terbuat dari graphit atau arang yang dalam bahasa kimia disebut unsur karbon. Sesorang yang menulis menggunakan pensil bisa saja suatu ketika hanya menorehkan satu lapisan atom di atas kertas, itulah yang disebut graphene. Geim dan Novoselov mengisolasi graphene dari graphit yang dicoterkan terus menerus ke atas sebuah selotip transparan. Dengan begitu ditemukan terobosan ilmiah. Demikian Geim menyederhanakan gagasan awal risetnya.

Namun kita harus membayangkan, bahwa satu milimeter unsur graphit mengandung sekitar tiga juta lapisan graphene, yang menumpuk satu di atas lainnya dengan ikatan yang lemah. Atom graphene bersifat transparan dan sangat rapat, sehingga tidak ada atom gas yang paling kecil sekalipun dapat menembusnya. Juga konduktivitas listriknya amat bagus sama seperti unsur tembaga. Inilah terobosan terbesar yang dinilai oleh Komite Nobel, sehingga kedua ilmuwan itu terpilih sebagai peraih hadiah Nobel fisika 2010.

Komputer Masa Depan

Eksperimen menggunakan graphene, dapat mengarah pada pengembangan material baru dan produk elektronik inovatif paling mutakhir. Material graphene memiliki sifat khusus. Ini adalah kristal besar yang amat kuat, sekitar 100 kali lebih kuat dari baja. Dan juga sangat elastis sehingga dapat memuai lebih dari 20 persen. Anggota Akademi Nobel, Ingmar Lundstrom memaparkan keunggulan graphene.“Jika kita membuat semacam tikar dari graphene, sebesar satu meter persegi, kita dapat menempatkan seekor kucing seberat empat kilogram, walaupun tikarnya hanya setebal satu atom dan bobotnya hanya satu miligram. Sama seperti bobot selembar bulu mata kucingnya.“

Dengan memandang pada sifat-sifat materialnya, visi mengenai komputer yang dapat digulung mungkin dapat diwujudkan dalam waktu dekat ini. Para peneliti di Korea Selatan sudah berhasil membuat semacam monitor cukup besar dari graphene. Jadi secara teoritis, paling tidak para ilmuwan dan peneliti dapat mengatakan, suatu hari nanti kita akan dapat membuat telefon seluler yang dapat digulung menjadi sebesar pensil.

Pada intinya anggota Akademi Nobel membayangkan, graphene akan mengubah gaya dan cara hidup manusia, seperti dahulu ketika plastik ditemukan untuk pertama kalinya. Memang Geim maupun Novoselov menyatakan, saat ini belum dapat menegaskan penggunaan unsur graphene secara gamblang. Namun dari berbagai penelitian sifat-sifat unik dan keunggulan atom karbon dua dimensi itu, Konstantin Novoselov menyatakan optimis dapat mengembangkan banyak kegunaan dari graphene. “Anda tidak dapat melihat perubahannya dalam semalam. Tapi saya meyakini, dalam waktu beberapa tahun akan semakin banyak pemanfaatan material ini di pasaran. Dan karena sifat-sifat unik material ini kita dapat meramalkan, bahwa di masa depan terdapat banyak sekali pemanfaatannya di bidang elektronik, di bidang material komposit serta di dalam riset.“

Masih Perlu Beberapa Tahun untuk Penyempurnaan

Novoselov menyebutkan, graphene memiliki keunggulan meneruskan aliran listrik lebih bagus ketimbang semi konduktor semacam Silikon. Elektron penerus aliran listrik dalam jejaring atom yang sempurna, dapat saling bergerak hingga satu mikrometer tanpa saling bertabrakan. Dengan itu kecepatan meneruskan sinyal listrik dapat mencapai kecepatan hingga seribu kilometer per detik. Berdasarkan penemuan ini, diharapkan dapat dibuat transistor berbahan dasar graphene, yang dapat mengolah sinyal listrik dengan frekuensi ekstrim tinggi. Diakui masih diperlukan waktu beberapa tahun lagi untuk menciptakan rangkaian transistor graphene yang keunggulannya melebihi transistor silikon. Atau dalam terapannya, memproduksi komputer, handphone, monitor atau peralatan elektronik hiburan yang lebih cepat, jernih dan lentur masih harus menunggu beberapa tahun lagi. Salah satu kendala yang masih dihadapi saat ini adalah, belum ditemukannya proses yang efisien untuk memproduksi graphene yang tanpa cacat.

Dewasa ini para peneliti material juga berharap dapat memetik keuntungan dari sifat unik graphene. Misalnya saja plastik yang bersifat isolator dapat direkayasa menjadi semi konduktor atau konduktor jika dalam proses produksinya dicampurkan satu persen graphene. Atau juga dalam bidang otomotif, campuran unsur graphene pada karosesri mobil dapat meningkatkan stabilitas terhadap beban dan panas.

Belum lama ini para peneliti juga mengembangkan sensor yang lebih peka memanfaatkan graphene. Sensor baru itu dapat melakukan registrasi cepat unsur beracun dalam kadar amat kecil sekalipun. Karena molekulnya tidak bisa lolos dari jejaring atom graphene dan dengan cepat sensornya menala, ketika molekul asing terperangkap jejaring molekul graphene.

Albrecht Breitschuh/Agus Setiawan

Editor: Yuniman Farid