WIDYA SCHOOL'S

Chip Terkenal di Dunia. Masa depan akan terlihat semakin kecil. Berbagai perangkat chip akan diciptakan seukuran molekul dan atom. Di sinilah dimulai era teknologi Nano.

Richard Feynman, seorang ahli Fisika dan peraih penghargaan Nobel, sudah membayangkan benda-benda dalam ukuran terkecil. Ketika model kalkulator saku masih belum terwujud, Feynman telah mulai memikirkan


sebuah tema yang menggemparkan dunia iptek, yaitu komputer Nano. Dalam makalah yang disampaikannya di depan Asosiasi Fisikawan Amerika 40 tahun lalu (tepatnya pada 29 Desember 1959), Feynman membahas bagaimana menciptakan struktur terkecil, dan apakah computer dapat bekerja dalam ukuran atom yang kecil. Sampai sekarang – 11 tahun setelah ia meninggal – gagasan Feynman tentang teknologi nano yang futuristis tersebut masih dikagumi kalangan ilmuwan. Istilah Nano berasal dari bahasa Yunani yang berarti kurcaci.

Dalam fisika istilah ini digunakan sebagai satuan ukuran (lihat box) yang awalnya hanya sebesar sepersemiliar meter (1/1.000.000.000). Tidak terbayangkan kecilnya! Sebuah Nanometer (nm) adalah sepersemiliar meter atau sepersejuta milimeter. Sebagai perbandingan: Sehelai rambut manusia pun masih 10.000 kali lebih tebal dari satuan ini, atau sama dengan 3 sampai 5 atom. Teknologi Nano ini sering digunakan untuk mendukung cara kerja chip mikroelektronik yang berukuran sangat kecil – tidak terlihat oleh mata manusia. Salah satu contohnya adalah dalam pembuatan transistor terkecil masa kini berukuran sekitar 200 nm. Ukuran ultra kecil ini pun tidak dapat dilihat dengan mikroskop biasa. Untuk itu dibutuhkan mikroskop raster elektron agar detil transistor dan chip dapat terlihat. Bila kemajuan dalam teknologi informasi terus berlanjut, maka dalam 15 tahun komponen elektronik akan diciptakan dalam ukuran 10 kali lebih kecil, menjadi sekitar 10 nm. Ini sebanding dengan deretan 40 atom.

Saat ini beberapa transistor sudah mulai diciptakan dalam ukuran yang lebih kecil 1.000 kali jika dibanding 30 tahun yang lalu. Metoda produksi chip yang kini telah lebih baik dan lebih halus memungkinkan membuat struktur sekecil itu dengan tepat dan tanpa cacat. Sebuah transistor yang pada tahun 1970 diciptakan dalam ukuran sekitar seperseratus milimeter, menjadi 10 kali lebih kecil dalam kurun waktu 15 tahun kemudian.

Bahkan kini sudah lebih kecil 10 kali lagi. Komponen yang lebih kecil memiliki 2 kelebihan: Lebih cepat dan lebih murah. Karena itu PC juga semakin murah, walaupun kemampuannya meningkat. Bersamaan dengan itu, kecepatan komputer meningkat: Bila dulu computer membutuhkan 1/10 detik untuk sebuah operasi penghitungan, kini hanya dalam beberapa nanodetik hasilnya sudah dapat dilihat. Jauh lebih cepat dibanding pada masa awal komputer. Perkembangan ini kemudian diperjelas oleh Bill Gates, mantan pemimpin Microsoft, 2 tahun lalu di pameran komputer terbesar di Amerika, Comdex di Las Vegas. "Bila komponen-komponen Motor juga mengalami perkembangan teknologi secepat mikroelektronik, maka kini kita dapat naik mobil seharga 25 Dollar, yang hanya butuh seperempat liter bensin untuk jarak 100 km."

Alam telah mengenal teknologi nano sejak dulu, sebagai contoh molekul organic dalam sel mahluk hidup. Prof. Rick Smalley, pemenang hadiah Nobel di bidang kimia tahun 1996 menamakannya "Sisi basah teknologi Nano" karena pada

dasarnya sel berisi air, dan molekul –molekul, seperti enzim, hanya berfungsi dalam media basah. Mesin nano organik ini menakjubkan. Mereka mampu memproduksi protein, membangun struktur berdasarkan rancangan tertentu, mereproduksi diri, dan mengendalikan proses secara fleksibel sesuai kondisi luar. Mereka memiliki tempat penyimpan data yang kepadatan informasinya melebihi semua media lainnya di dunia. Penyimpan data tersebut adalah gen. Namun teknologi nano organik tidak dapat begitu saja diaplikasikan ke dalam teknologi komputer. Hal-hal tertentu tidak dapat berfungsi dalam air, misalnya saluran listrik cepat atau struktur mekanik yang kuat. Sedangkan kedua hal ini penting bagi setiap rancangan komponen yang berbasis mekanika dan listrik. Untuk membuat komputer ukuran atom diperlukan teknologi nano yang "kering".

Harapan masa depan: Teknologi nano kering

Para peneliti di seluruh dunia kini tengah mencari solusi yang dapat direalisasikan. Jerman termasuk salah satu negara maju yang berada di papan atas dengan fasilitas penelitian yang disubsidi pemerintah, universitas, dan lab pengembangan di perusahaan industri. Mereka mengatakan bahwa teknologi nano dan elektronik nano merupakan teknologi kunci masa depan. Dilihat dari usaha ini, maka dapat disimpulkan bahwa ketertarikan dunia pada teknologi nano sangat besar, walau pada kenyataannya masalah yang dihadapi sangat besarnya.

Salah satu kesulitan utama adalah menciptakan struktur terkecil secara teknis, terutama untuk faktor panjang gelombang cahaya yang berukuran 380-780 nm untuk cahaya yang terlihat. Chip dibuat dengan proses penyinaran yang disebut optis (lithografi). Bila ukuran strukturnya sama dengan panjang gelombang, maka sisinya menjadi tidak tajam – tidak ada presisi. Para insinyur mencari jalan keluar dari masalah ini dengan menggunakan cahaya bergelombang terpendek, yaitu "cahaya biru" (Blue light) hingga UV. Proses lainnya memakai gelombang yang lebih pendek lagi, yaitu sinar X dan elektron.

Kesimpulannya: Cahaya kurang tepat untuk pembuatan struktur nano karena faktor panjang gelombang. Kini ukuran nano sudah dapat dicapai berkat sebuah alat yang mampu menampakkan obyek dalam ukuran atom: Mikroskop Rastertunnel. Solusi ini ditemukan oleh ahli fisika berkebangsaan Jerman, Gerd Binning bersama rekannya Heinrich Rohrer. Berkat hasil ini mereka kemudian mendapat hadiah Nobel tahun 1986. Dengan bantuan mikroskop ini, permukaan benda dapat dibaca secara elektrik, atom demi atom – sebuah terobosan bagi teknologi nano. Selang beberapa tahun, penemuan yang sangat menentukan itu diikuti dengan penemuan lain, yaitu Mikroskop Kraft. Prinsipnya sederhana: Sebuah jarum kecil menekan permukaan benda – seperti pada pemutar piringan hitam. Jarum ini dipindahkan ke sana-sini untuk membaca materi dengan daya tekan yang sama besar. Dengan demikian setiap titik permukaan benda yang memiliki bagian-bagian cekung dan timbul dapat diakses dan ditampilkan pada monitor.

Mikroskop Rastertunnel dan Kraft juga dapat digunakan sebagai alat bantu. "Seperti jari kita, mikroskop ini dapat meraba benda dan juga memanipulasi", demikian menurut Dr. Heribert Lorenz, ilmuwan di Center for Nanoscience (Universitas Muenchen) dan direktur perusahaan Nanotools. Lorenz berhasil menempatkan jarum dari karbon yang sekeras berlian dan sangat kuat pada sensor Silicium. Tetapi panjangnya hanya beberapa micrometer dan tebalnya beberapa nanometer. "Kalau alat ini diperbesar, bentuknya serupa piramida Giza dengan sebuah menara televisi di atasnya", kata Lorenz. Dengan jarum yang sangat kecil ini sebuah atom dapat digerakkan, diangkat dan digeser. Usaha para ahli selanjutnya adalah, mencungkil atom per atom dari sebuah permukaan sedemikian rupa sehingga dapat digunakan sebagai penyimpan data. Dengan demikian informasi dapat disimpan dalam sebuah media yang super kecil dan belum pernah tercapai sebelumnya. Sebagai contoh: Isi semua buku telepon yang ada di dunia akan disimpan hanya pada sebuah media seluas 1 x 1 mm. "Memang kecepatan tulis dengan mikroskop Kraft untuk menyimpan data masih sangat rendah", kata Lorenz. "Proses penulisan data di atas media 1 mm persegi membutuhkan waktu sekitar 30.000 tahun".

Dari semua kemajuan penelitian yang telah dicapai, masih ada sebuah kendala yang belum terpecahkan. Struktur nano terdiri dari sekelompok kecil partikel atom, dan dalam dunia atom terdapat banyak efek fisika yang tidak kita kena, seperti: Partikel tidak diam di suatu tempat, melainkan dapat berada di beberapa tempat sekaligus. Mereka menembus dinding atau melompat dari suatu tempat ke tempat lain. Selain itu mereka hanya dapat menerima atau melepaskan energi dalam kondisi tertentu. Hal ini dinamakan "Hukum mekanika quantum". Tentunya bukan dasar yang tepat untuk sebuah komputer dan tempat penyimpan data. Oleh karena itu, dinding sebuah penyimpan data elektronik harus memiliki tebal minimal 20 atom. Bila tidak, maka terjadi efek Tunnel (channel), yaitu hilangnya elektron-elektron begitu saja melalui dinding dan media tersebut akan hancur. Namun tidak semua menganggap hal ini sebagai sebuah rintangan yang tidak dapat diatasi. Sebaliknya, beberapa ahli kini tengah mencoba untuk memanfaatkan hukum mekanika quantum untuk generasi komputer selanjutnya. Diperkirakan, solusi yang tepat baru akan ditemukan sekitar 50 tahun mendatang. Walau demikian, kini para ilmuwan telah dapat menciptakan beberapa elemen untuk komputer quantum. Salah satunya adalah teknologi nano yang membantu mengembangkan proses pembuatan chip generasi baru, seperti transistor yang bereaksi secara elektron per elektron, kawat super tipis yang hanya menghantar listrik dalam kondisi tertentu, dan teknik canggih lainnya untuk menjinakkan mekanika quantum. Meskipun dari semua kemajuan teknologi dan penelitian saat ini, menurut perkiraan para ahli dan pakar semua ini baru merupakan langkah pertama menuju era nano dan tidak dapat dicapai sebelum tahun 2020.