Apa Saja Aplikasi Fisika Quantum Bagi Masa Depan?

Perilaku aneh fisika Quantum mungkin tampak terlalu tak terduga untuk dapat diandalkan bagi kebutuhan energi kita. Tetapi, teknologi baru memberikan harapan untuk memanfaatkan sifat-sifat fisika Quantum. Salah satu sifat Quantum yang paling pupoler ialah kenyataan bahwa cahaya memiliki sifat-sifat gelombang dan partikel. Sifat ganda ini digunakan dalam teknologi tenaga surya. Sinar matahari yang jatuh ke permukaan bumi dikonsentrasikan oleh cermin dan lensa yang bekerja berdasarkan sifat gelombang cahaya. Setelah berada didalam sel surya, cahaya terfokus ini bertabrakan dengan elektron dalam partikel, sehingga membebaskan elektron untuk menciptakan arus listrik.

Quantum dots
Generasi sel surya mendatang dapat menggunakan potongan-potongan kecil dari bahan semikonduktor yang disebut quantum dots. Perangkat ini berukuran sangat kecil (1 sampai 1.000 nanometer) sehingga hanya beberapa elektron bebas dapat berada di dalamnya. Karena tempat sempit ini, sebuah Quantum dots berperilaku seperti sebuah atom buatan yang didalamnya elektron hanya dapat hanya berada pada tingkat energi spesifik. Tingkat ini mendefiniskan secara spesifik panjang gelombang cahaya yang akan diserap oleh quantum dots. "Quantum dots memiliki sejumlah sifat tidak biasa dibandingkan dengan bulk semiconductor," kata Arthur Nozik dari National Renewable Energy Laboratory, bagian dari US Department of Energy. Dia dan rekan-rekannya sedang melihat bagaimana sebuah partikel cahaya tunggal (atau photon) dapat memasukki sebuah titik dan membangkitkan beberapa elektron, daripada biasanya. Peneliti lain mencari cara menyempurnakan panjang gelombang di mana sebuah titik menyerap cahaya dengan membuatnya lebih besar atau lebih kecil. Produsen Solar cell mungkin suatu hari nanti bisa mencampurkan titik-titik dengan ukuran yang berbeda untuk menyerap sinar matahari dangan berbagai panjang gelombang.

Quantum Wires
Sebuah kawat Quantum seperti halnya Quantum dots membentang di sepanjang satu arah. Dalam kasus-kasus tertentu, saluran sempit ini - 10.000 kali lebih tipis dari rambut manusia - bisa sangat baik dalam mengalirkan listrik, karena elektron cenderung bergerak secara lebih teratur sepanjang Quantum Wires. Salah satu cara untuk membuat kawat kuantum adalah dengan nanotube karbon, yang gulungan kecil dari lembaran karbon yang terikat secara hexagonal. Ditemukan pada tahun 1991, nanotube ini mulai muncul di semua jenis aplikasi, termasuk sebagai penyimpanan energi yang lebih baik. Sebagaimana telah ditunjukkan oleh salah satu grup MIT, adalah mungkin untuk membuat kapasitor souped-up dari karbon nanotube. Para peneliti menumbuhkan nanotube berdekatan untuk meningkatkan luas permukaan di dalam kapasitor. Yang dihasilkan adalah "ultra capacitor" yang dapat menyimpan sebanyak 50 persen listrik lebih banyak dibangdingkan dengan Baterai biasa. Ini mungkin ideal di dalam mobil listrik, sebagai kapasitor lebih tahan lama dan proses pengisian dan pengosongan listriknya lebih cepat daripada baterai.

Superconductor
Meskipun quantum wire merupakan konduktor yang baik, terdapat bahan lain yang mengunggulinya. Superconductor adalah bahan-bahan di mana elektron dapat secara berpasangan untuk membawa arus. Pasangan ini tidak biasa karena biasanya elektron akan saling tolak, tapi fisika quantum dapat mengatasi hal ini dan, dengan demikian, mengurangi hambatan listrik dalam superconductor hingga mendekati ke nol ohm. Hambatan adalah hal yang membuat kawat menjadi panas ketika membawa listrik. Perusahaan listrik biasanya kehilangan sekitar 7 persen dari energi mereka menjadi panas yang disebabkan oleh hambatan dalam transmisi kabel. Kabel superconductor memang dapat membantu mengurangi pemborosan. Masalahnya, superconductor hanya bekerja pada suhu yang sangat dingin. Sebagai contoh, sistem kabel superconductor terpanjang untuk transmisi daya yang dipasang pada awal tahun 2009 sepanjang setengah mil di Long Island, harus dikelilingi oleh cairan nitrogen agar tetap pada suhu minus 330 derajat Fahrenheit (minus 200 derajat Celcius).

Light Emitting Diode (LED)
Light Emitting Diode bekerja secara berkebalikan dengan solar cell. Arus listrik yang mengalir melalui dioda akan menyebabkan elektron melompat melintasi penghalang antara dua jenis bahan semikonduktor. Elektron yang melompat kemudian jatuh ke keadaan energi yang lebih rendah, kemudian memancarkan photon. Karena panjang gelombang cahaya yang dipancarkan berada pada pita yang amat sempit, tidak banyak energi yang terbuang sebagai sinar inframerah, seperti halnya yang terjadi pada bola lampu pijar. Efisiensi LED bahkan lebih baik daripada compact fluorescent. LED sekarang sedang dibuat menjadi lampu penuh yang dapat menggantikan bola lampu normal. walaupun lebih mahal, biaya tambahan LED dapat diimbangi oleh tagihan listrik lebih rendah.

Dalam usaha menghemat energi, Aplikasi fisika Quantum sedikit banyak dapat membantu kita di masa depan.