Revolusi Energi & Komputasi Mutakhir

Para peneliti di Tuskegee University mengembangkan layar surya berbahan kristal fotonik yang dapat memantulkan laser dengan efisiensi tinggi tanpa mengalami panas berlebih. Layar ini dibuat dari pilar germanium, lubang udara, dan polimer dengan pola nanostruktur yang membentuk photonic band gap. Uji coba menunjukkan reflektivitas 90% pada panjang gelombang 1,2 µm saat mendapat laser 100 kW, cukup baik untuk aplikasi sistem propulsi eksperimental. Layar ini memungkinkan cahaya laser dipantulkan untuk menghasilkan daya dorong sementara cahaya matahari melewati layar tanpa meningkatkan panas. Inovasi ini memungkinkan pengembangan layar ringan dan tahan panas yang bisa memberikan dorongan kontinu dengan potensi percepatan ratusan meter per detik dalam satu jam. Teknologi ini berpotensi meningkatkan misi ruang angkasa dengan metode propulsi ramah bahan bakar dan hemat biaya.

Peneliti menemukan pola superkonduktivitas berbentuk dome pada bahan La₃Ni₂O₇, sebuah nickelat dengan struktur berlapis yang mirip dengan cuprates. Bahan ini dibuat sebagai film tipis dengan teknik epitaksi berkas molekuler yang memungkinkan kontrol presisi tingkat atom. Dome superkonduktivitas ditemukan dengan mengubah kandungan pembawa muatan menggunakan doping Sr dan pengaturan vakansi oksigen melalui annealing vakum. Pengukuran koefisien Hall menunjukkan bahwa puncak superkonduktivitas terjadi saat pembawa muatan dominan beralih dari lubang positif ke elektron negatif. Fenomena ini menandai rekonstruksi permukaan Fermi dan perubahan simetri elektronik yang mirip dengan superkonduktor berbasis tembaga. Dengan demikian, pola dome ini menjadi bukti penting bahwa mekanisme superkonduktivitas nickelat bisa terkait erat dengan elektron doped cuprates. Temuan ini membuka peta fase lengkap untuk La₃Ni₂O₇ dan memberikan panduan bagi pengembangan material superkonduktor baru dengan suhu transisi lebih tinggi tanpa perlu tekanan ekstrem. Studi lanjut dengan metode ARPES direncanakan untuk mengamati secara langsung evolusi struktur elektronik selama perubahan pembawa muatan. Hasil ini memberikan arah baru penting untuk riset superkonduktivitas dan aplikasi teknologi masa depan.

Para ilmuwan Tiongkok berhasil mengembangkan perangkat yang bisa memancarkan pasangan foton dengan tingkat kemurnian dan efisiensi sangat tinggi. Ini merupakan terobosan di bidang optik kuantum yang dapat mengubah persaingan teknologi kuantum. Penelitian ini mengatasi tantangan lama dalam menghasilkan sumber foton ganda yang handal. Perangkat baru ini dapat memancarkan 98,3% foton dalam bentuk pasangan dengan efisiensi 29,9% di bawah kondisi eksitasi pulsa. Tim peneliti dari Beijing Academy of Quantum Information Sciences bekerja sama dengan Chinese Academy of Sciences dan mendapatkan apresiasi dari ahli internasional. Efisiensi ini adalah yang terbaik di dunia dan sangat signifikan bagi perkembangan perangkat kuantum. Penemuan ini mengarah pada kemungkinan aplikasi yang lebih baik dalam pencitraan medis yang lebih tajam, enkripsi yang tidak dapat ditembus, dan sensor generasi berikutnya. Dengan menggunakan dua foton, resolusi spasial dalam pengukuran dapat menjadi dua kali lebih baik dibandingkan dengan satu foton. Ke depannya, teknologi ini bisa mempercepat kemajuan dalam bidang kuantum dan aplikasi teknologi terapan lainnya.

PNNL, laboratorium berbasis di Washington, berhasil membangun sistem pemurnian dan konversi gas silana dan germana dengan kemurnian tinggi. Kedua gas ini penting untuk riset di ilmu informasi kuantum dan produksi perangkat semikonduktor lanjut. Langkah ini merupakan pencapaian strategis untuk memperkuat rantai pasokan material kritis di AS. PNNL mengembangkan teknologi pengayaan isotop menggunakan Thermal Diffusion Isotope Separation (TDIS), yang sebelumnya diaplikasikan untuk argon dan klorin. Sistem ini dilengkapi kontrol otomatis yang memonitor ratusan variabel proses demi memastikan kondisi aman dan kemurnian tetap terjaga. IRP mendukung riset lanjutan untuk menghasilkan gas prekursor kompatibel dengan perangkat teknologi dan efisiensi produksi lebih baik. Kemajuan ini berdampak positif pada penguatan infrastruktur material khusus yang tahan banting demi teknologi maju seperti kuantum, semikonduktor generasi berikutnya, dan teknologi presisi lainnya. IRP berkomitmen mengembangkan lebih jauh kemurnian, spesifikasi produk serta menjalin kemitraan industri. Inisiatif ini diprediksi mempercepat inovasi teknologi strategis dan memperkuat posisi Amerika Serikat dalam kompetisi teknologi global.

Ilmuwan Tiongkok berhasil menciptakan perangkat pemancar pasangan foton dengan kemurnian dan efisiensi tertinggi di dunia, menandai kemajuan besar dalam optik kuantum. Inovasi ini fokus pada perangkat yang mampu menghasilkan dua foton bersamaan secara stabil, mengatasi kesulitan yang ada pada quantum dots tradisional. Penelitian dilakukan oleh tim dari Beijing Academy of Quantum Information Sciences dan Chinese Academy of Sciences dengan kolaborasi internasional. Perangkat baru dapat menghasilkan 98.3% foton dalam pasangan dan efisiensi 29.9% saat diberikan eksitasi pulsa yang singkat dan intens. Pencapaian ini dapat meningkatkan resolusi pencitraan medis, memperkuat keamanan enkripsi kuantum, dan membuka jalan untuk sensor generasi masa depan yang lebih akurat. Penemuan ini juga berpotensi mempercepat perlombaan teknologi kuantum global dan aplikasi praktis yang luas.

Peneliti dari Texas A&M University dan DEVCOM Army Research Laboratory menciptakan busa hibrida yang dapat menyerap energi hingga 10 kali lipat dibandingkan busa konvensional. Material ini mengombinasikan busa dengan kolom plastik elastis yang dicetak 3D di dalamnya untuk memperkuat struktur internal dan distribusi tekanan. Teknologi ini dinamakan In-Foam Additive Manufacturing (IFAM). Teknologi IFAM memungkinkan pencetakan jaringan strut langsung di dalam busa open-cell menggunakan printer 3D, sehingga kedua komponen bisa bekerja bersama dalam menyerap energi benturan. Penyesuaian desain strut seperti diameter dan sudut membuat materi ini dapat dituning sesuai kebutuhan kekuatan dan elastisitas tertentu. Hasilnya adalah composite ringan dengan daya tahan benturan yang tinggi. Material ini dapat digunakan untuk berbagai aplikasi mulai dari perlindungan helm militer dan kendaraan hingga produk konsumen seperti kasur dan bantalan dengan zona kenyamanan yang bisa diatur. Selain itu, material juga berpotensi untuk peredaman suara dan getaran, membuka peluang untuk inovasi lebih lanjut di bidang proteksi dan kenyamanan.

Permintaan energi yang tinggi dari sistem AI modern seperti ChatGPT telah memicu pencarian teknologi yang lebih efisien energi. ChatGPT sendiri mampu menghabiskan hingga 40 juta kWh listrik per hari, menggambarkan tantangan besar untuk keberlanjutan penggunaan AI di masa depan. Penelitian di Technische Universität Braunschweig menggabungkan microLED berbasis gallium nitride (GaN) dengan sirkuit silikon untuk menciptakan komputer neuromorfik optik. Dengan mengubah sinyal listrik menjadi cahaya, sistem ini memungkinkan konektivitas yang sangat tinggi dan efisiensi energi yang jauh lebih baik daripada metode tradisional. Jika berhasil komersialisasi dan pengembangan lebih lanjut, teknologi ini bisa merevolusi pusat data dan perangkat AI dengan mengurangi konsumsi daya hingga 100 kali lipat. Hal ini penting untuk mendukung pertumbuhan AI yang pesat tanpa membebani sumber daya listrik global secara berlebihan.

Komputasi termodinamika adalah pendekatan baru yang memanfaatkan kebisingan termal sebagai sumber energi untuk menjalankan perhitungan AI. Penelitian di Lawrence Berkeley National Laboratory telah mengembangkan kerangka desain dan pelatihan untuk memungkinkan komputasi ini berjalan efisien pada suhu ruang. Teknologi ini dapat meniru jaringan neural dengan kompleksitas nonlinier sambil menggunakan energi jauh lebih sedikit daripada komputer tradisional. Salah satu inovasi utama adalah mengatasi masalah kecepatan dengan mengizinkan sistem melakukan perhitungan tanpa harus mencapai keadaan kesetimbangan. Pelatihan algoritma menggunakan simulasi digital pada superkomputer memungkinkan optimalisasi parameter jaringan neural stokastik. Metode ini memanfaatkan komponen nonlinear yang memungkinkan komputasi tetap akurat dan cepat, meskipun dijalankan dalam kondisi noise termal yang acak. Pengembangan ini berpotensi menurunkan konsumsi energi secara signifikan pada aplikasi AI, seperti pencarian Google yang saat ini sangat boros energi. Tim Berkeley Lab kini sedang mencari mitra eksperimental untuk menerjemahkan desain digital ini menjadi perangkat keras fisik. Kesuksesan komputasi termodinamika dapat membawa masa depan AI yang lebih ramah lingkungan dan hemat biaya operasional.

Para peneliti dari Helmholtz Institute Mainz dan New York University menemukan metode non-destruktif untuk mendiagnosis kesehatan baterai menggunakan Zero-to-Ultra-Low-Field Nuclear Magnetic Resonance (ZULF NMR). Metode ini memungkinkan pengamatan kondisi internal baterai melalui casing metal tanpa merusak baterai. Teknik ZULF NMR mampu mendeteksi dan mengukur komponen kimia penting di dalam baterai seperti elektrolit dan garam litium. Ini diuji pada baterai komersial dan cell pouch yang digunakan pada kendaraan listrik, membuktikan konsep teknologi ini dapat diaplikasikan secara nyata. Aplikasi masa depan meliputi pemantauan operando untuk mendeteksi kerusakan atau penurunan performa baterai secara real-time sehingga meningkatkan keselamatan dan keandalan pada ponsel, kendaraan listrik, serta sistem penyimpanan energi besar.

Para peneliti di Tiongkok sedang menyelesaikan instalasi akselerator partikel superkonduktor untuk sistem Accelerator-driven subcritical systems (ADS) yang akan menjadi reaktor pembakar limbah nuklir tingkat megawatt pertama di dunia pada tahun 2027. Sistem ini dirancang untuk membakar uranium jauh lebih efisien serta mengubah limbah radioaktif jangka panjang menjadi isotop yang lebih aman dalam waktu singkat. Teknologi ADS menggunakan akselerator linear yang menembakkan proton dengan kecepatan tinggi ke tujuan logam cair, menghasilkan neutron yang kemudian mengubah uranium-238 menjadi plutonium-239 sebagai bahan bakar. Sistem ini juga secara fisik melarang reaktor mengalami kecelakaan meltdown karena tidak mampu mempertahankan reaksi tanpa akselerator eksternal. Dengan penyelesaian instalasi pada akhir 2026 dan operasi penuh pada 2027, teknologi ini berpotensi mengubah energi nuklir menjadi sumber energi hijau, aman, dan stabil untuk kebutuhan manusia selama 1.000 tahun ke depan. Upaya serupa juga tengah dilakukan di Amerika Serikat untuk mendukung transisi global menuju siklus bahan bakar nuklir tertutup yang mengurangi limbah radioaktif berbahaya.