1
QUANTUM DOT DAN APLIKASINYA Asti Sawitri (208700573) Jurusan Fisika Fakultas Sains dan Teknologi UIN Sunan Gunung Djati Bandung 2011
I. Pend Pendah ahul ulua uan n
Untuk mereduksi dimensi konduktor sampai mendekati ukuran beberapa atom saja memicu memicu lahirnya lahirnya teknologi teknologi berbasis berbasis skala nanometer. nanometer. Komponen Komponen elektronik yang berukuran lebih kecil akan bekerja dengan arus dan tegangan yang lebih kecil pula, sehingga akan lebih efisien dan hanya membutuhkan konsumsi daya yang rendah. Saat ini, perkembangan perkembangan industri industri mikroelektro mikroelektronika nika telah berhasil membua membuatt isolas isolasii sistem sistem terkon terkontro troll yang yang hanya hanya terdir terdirii dari dari beberap beberapaa partik partikel. el. Dalam Dalam hal ini pirant pirantii elektr elektroni onik k memasu memasuki ki alam mesosk mesoskopi opik k yang yang mengik mengikuti uti hukum-hukum fisika kuantum. Pengurungan partikel dalam dua dimensi telah dikenal sebagai sumur kuantum (quantum well) , pembatasan partikel sampai satu dimensi disebut dawai kuantum (quantum wire) , dan pengungkungan elektron ke segala arah dalam ruang sampai nol dimensi disebut titik kuantum (quantum dot).
Gambar 1. Bulk, Quantum Well, Quantum Wire, Quantum Dot
II.
Ukuran dan Level Energi Quantum Dot (Quantum Dot)
Quantum Dot adalah material semikonduktor berukuran nano meter (nm). Biasanya ukuran Quantum Dot berkisar antara 3 hingga 25 nm. Bula ukurannya dibandingkan dengan jarak antar atom dalam sebuah susunan Kristal adalah 1 – 2 Amstrong Amstrong (atau 0,1 – 0,2 nm), menunjukan menunjukan bahwa bahwa sebuah quantum quantum dot (QD)
2
hanya terdiri dari kurang lebih 1000 atom. Karena jumlahnya yang sudah bisa terbilang (countable) maka Quantum Dot adalah material terkecil buatan manusia yang setara dengan satu atom (artificial atom). Material yang digunakan untuk membuat Quantum Dot adalah material semikonduktor, seperti GaN (Gallium Nitride), CdSe (Cadmium Selenide), CdTe, GaAs (Gallium Arsenide) dan lainlainya. Cara pembuatannya Quantum Dot terbagi menjadi 2, yaitu: 1. Self-ensemble Quantum Dot (Growth Quantum Dot) . Pembuatan self esemble
Quantum Dot biasanya dengan menggunakan peralatan penumbuhan secara fisika, seperti Molecular Beam Epitaxy (MBE), MOCVD, LPE dll. Proses ini membutuhkan peralatan yang rumit dan mahal. Material yang bisa ditumbukan dengan metode ini antara lain: GaN, GaAs, AlN, InGaN, ZnO, dll. Dengan proses ini diperoleh Quantum Dot dengan ukuran rata-rata 20 hingga 25 nm (diameter). 2. Colloidal Quantum Dot. Pembuatan Quantum Dot dengan proses ini
menggunakan proses kimia. Bahan dan peralatannya pun lebih mudah dan murah. Jenis Quantum Dot yang bisa dibuat dengan proses ini antara lain CdSe, CdTe, PbS, InP, dll. Ukuran Quantum Dot yang bisa diperoleh antara 2 hingga 5 nm (diameter). Pada material semikondiktor berukuran besar (bulk semiconductor), levellevel energi yang bisa ditempati oleh electron banyak sekali, bahkan tak berhingga, sehingga level energinya tak berhingga. Electron bisa berada dimana saja sebatas dibawah level energi electron bebas. Pengaruh ukuran material terhadap leve;-level energi yang dimilikinya sangatlah dominan. Semakin kecil ukuran material,
maka semakin
terbatas pula level-level
energy yang
dimungkinkan untuk electron berada. Keistimewaan Quantum Dot adalah Quantum Dot dapat diibaratkan sebagai partikel dalam kotak (infinite square well). Hal lain yang membuat Quantum Dot menjadi istimewa adalah ukuranya yang sangat kecil. Dalam fisika, dikenal Bohr radius. Bohr radius adalah radius dimana electron dapat bergerak secara bebas pada level energy tertentu. Untuk material semikonduktor, Bohr radius terletak
3
pada kisaran 25 nm (kurang lebih). Karena ukuran Quantum Dot hanya 3 – 5 nm, maka pergerakan electron akan terbatasi (terkukung). Saat electron tereksitasi ke level yang lebih tinggi dan kemudian kembali ke level bawah (ground state), maka akan ada radiasi yang pancarkannya. Energy radiasi ini bergantung pada Energy Band Gap. Untuk bahan bulk material, energy band gapnya sangat susah untuk diubah. Namun, energy band gap ini dapat mudah diubah-ubah jika material dibuat menjadi nanomaterial, salah satunya salah Quantum Dot. Ini artinya, dapat dengan mudah membuat material memancarkan radiasi (cahaya) tertentu hanya dengan mengubah ukuran Quantum Dot. Semakin kecil ukuran Quantum Dot, maka semakin besar energy band gap dan semakin besar radiasinya.
III. Aplikasi Quantun Dot
Beberapa aplikasi Quantum dot dalam berbagai bidang telah dikembangkan, diantaranya : a.
Dalam bidang industri elektronik sistem quantum dot memungkinkan efisiensi piranti elektronik, yaitu pengaturan jumlah elektron transport dalam sistem transistor yang dapat diupayakan memberikan konsumsi daya sekecil mungkin. Dalam hal ini quantum dot dikatakan sebagai
prototype dari single elektron transistor (SETs).Dalam bidang teknologi informasi
sistem
quantum
dot merealisasikan
gagasan
quantum
computing, yaitu dengan konsep spin quantum bit ( spin qubit ) yang menjadikan daya komputasi 2n, sehingga dengan algoritma kuantum memungkinkan komputer berkecepatan tinggi. Prinsip koherensi dalam
quantum dot berperan dalam koreksi kesalahan secara kuantum (quantum error correction ) dengan keakuratan tinggi. b. Dalam bidang industri otomotif perkembangan nanoteknologi sangat
berperan dalam pembaharuan subsistem dan komponen-komponennya. Sistem nanopartikel digunakan sebagai filter pada ban mobil, lapisan antireflektif untuk display dan cermin, katalitis nanopartikel sebagai bahan
4
bakar aditif, campuran karbon nanotube untuk keperluan ultra-lightweight pada mobil, dan lain-lain. c.
Dalam bidang lingkungan hidup nanoteknologi dapat berperan sebagai pembersih pada prosess dan hasil produksi, yaitu menurunkan volume polutan. Nanoteknologi juga berperan pada penanggulangan kerusakan lingkungan dengan cara mereduksi beberapa gas polutan.
d. Dalam bidang medis sistem quantum dot digunakan untuk riset dan
diagnostik medis, serta dapat mendeteksi sel tumor.
Referensi [1] T.H. Oosterkamp, T. Fujisawa, W.G. van der Wiel, K. Ishibashi, R.V.
Hijman, S. Tarucha, L.P. Kouwenhoven. 1998. Microwave spectroscopy on
a quantum-dot molecule . Mesoscale and Nanoscale Physics. [2] Aryadi, F., Mulyanti, B., Supu, A., Barmawi, M., Arifin, P., Budiman, M., dan Sukirno. 2007. Pengaruh Bentuk dan Fluktuasi Ukuran Dot terhadap
Pelebaran Garis Spektral Inhomogen pada Quantum Dot Gallium Nitrida (QD GaN). [3] Isnaeni. 2009. Apa Itu Quatum Dot?. http://blog.sivitas.lipi.go.id/ diakses
pada 05/12/2011 21:30 WIB. [4] Mishra, G. _______, Quantum Dots. http://wolfweb.unr.edu.pdf diakses
pada 05/12/2011 21:00 WIB.
