Kemajuan dalam Teknologi Komputer Mikro dan Skala Nano

Transistor yang sangat kecil kini dibuat hanya beberapa puluh atom lebar, tetapi teknik fabrikasi tradisional menghadapi banyak masalah seperti kebocoran arus dan interferensi listrik. Hal ini membuat kemajuan performa chip semakin sulit dan mahal, sehingga para insinyur mencari cara baru untuk melanjutkan inovasi teknologi komputer. Bahan 2D seperti molybdenum disulfida (MoS₂) dan tungsten diselenida (WSe₂) sangat menarik karena dapat dibuat sangat tipis, hanya satu lapisan atom, serta bisa disesuaikan menjadi transistor tipe n atau p yang penting untuk rangkaian logika. Tapi membuat sirkuit besar dari bahan ini masih sulit karena prosesnya kompleks dan mahal. Para peneliti menemukan metode baru yang menggabungkan eksfoliasi elektrokimia—yaitu menggunakan arus listrik untuk mengelupas bahan menjadi lapisan tipis—dan perakitan nanosheet menggunakan medan listrik yang dipandu. Teknik ini memungkinkan penempatan yang tepat tanpa perlu proses rumit seperti lithografi atau suhu tinggi. Metode ini juga bisa membuat beberapa perangkat secara bersamaan dalam satu langkah produksi, sehingga bisa meningkatkan efisiensi dan mempertahankan keunggulan bahan 2D dalam hal hemat energi dan performa. Mereka juga menambah proses kimiawi khusus menggunakan asam super TFSI untuk memperbaiki kerusakan pada level atom penggunaannya. Hasilnya, mereka berhasil membuat berbagai perangkat logika dan memori seperti inverter, gerbang NAND dan NOR, serta sel SRAM yang stabil dan efisien. Temuan ini bisa menjadi titik awal bagi produksi elektronik berukuran sangat kecil dan sangat kuat di masa depan, membuka jalan teknologi komputer lebih maju.

Para ilmuwan di Caltech, dipimpin oleh Profesor Alireza Marandi, berhasil mengembangkan perangkat laser jenis baru yang sangat kecil dan efisien. Perangkat ini bisa memancarkan cahaya dengan banyak frekuensi yang disebut comb frekuensi, yang sangat penting dalam pengukuran presisi dan teknologi komunikasi. Sebelumnya, perangkat comb frekuensi ini besar dan membutuhkan daya yang sangat tinggi sehingga hanya bisa digunakan di laboratorium besar. Namun, tim Caltech membuat versi chip nanofotonik yang sangat kecil dengan energi input yang sangat rendah, bahkan dalam skala femtojoule, namun tetap menghasilkan spektrum cahaya laser yang sangat luas dari cahaya tampak hingga inframerah tengah. Kunci keberhasilan ini adalah penggunaan resonator parametrik optik (OPO) yang dirancang khusus dengan teknik rekayasa dispersi. Mereka menemukan keadaan operasi baru yang tidak sesuai dengan teori OPO konvensional, dimana spektrum laser tetap koheren walaupun sistem berjalan di atas ambang yang tinggi. Inovasi ini memungkinkan integrasi teknologi comb frekuensi pada perangkat yang lebih kecil dan hemat energi, sehingga dapat digunakan dalam berbagai aplikasi seperti pengukuran presisi, jam atom, hingga pemantauan lingkungan. Hal ini berpotensi mengubah cara teknologi laser dan spektroskopi digunakan di masa depan. Penelitian ini dipublikasikan di Nature Photonics dan didukung oleh lembaga seperti Army Research Office, NSF, DARPA, dan NASA’s JPL. Dengan teknologi ini, frequency comb bisa keluar dari lab khusus dan masuk ke dalam perangkat yang lebih praktis dan luas penggunaannya.

Para insinyur dari Universitas Michigan membuat sebuah nanostruktur yang bisa mengarahkan dan menghentikan aliran eksiton di suhu ruang. Eksiton adalah partikel kuantum yang membawa energi tanpa adanya muatan listrik, sehingga bisa mengurangi energi yang hilang menjadi panas seperti pada elektronik biasa. Eksiton terbentuk ketika cahaya menggerakkan elektron di semikonduktor, membentuk pasangan dengan lubang positif yang bergerak bersama sebagai paket energi netral. Karena tanpa muatan listrik, eksiton dapat bergerak tanpa menghasilkan panas berlebih yang biasanya terjadi pada sirkuit elektronik. Salah satu masalah utama excitonics adalah sulitnya mengontrol eksiton karena mereka tidak merespon medan listrik. Untuk mengatasi hal ini, tim dari Michigan membuat struktur ridged yang berfungsi seperti kawat dan menempatkan elektroda pengendali di kedua sisi untuk menghentikan atau mengalirkan eksiton seperti saklar. Dalam pengujian, perangkat ini menunjukkan kemampuan switching on-off dengan rasio lebih dari 19 desibel, sebuah hasil yang sangat baik untuk aplikasi optoelektronik masa depan. Mereka juga bisa menggerakkan eksiton sejauh 4 mikrometer dalam waktu kurang dari setengah nanodetik menggunakan cahaya. Teknologi ini diharapkan dapat mempercepat pertukaran data dalam pemrosesan dan komunikasi, khususnya untuk komputer super, smartphone, AI, kendaraan otonom, serta digital twin. Tim sudah mengajukan paten dan berencana menghubungkan ratusan saklar eksiton menjadi sistem yang lebih besar.

Peneliti di Johns Hopkins University telah menemukan cara baru untuk membuat microchip dengan ukuran fitur yang sangat kecil hingga tak terlihat oleh mata manusia. Teknologi ini berpotensi menghasilkan chip yang lebih cepat, lebih kecil, dan lebih murah, yang digunakan di berbagai perangkat mulai dari smartphone sampai pesawat terbang. Salah satu tantangan terbesar dalam pembuatan microchip adalah kemampuan material resist yang digunakan untuk melindungi dan membentuk pola pada wafer silikon saat terkena sinar radiasi ultra ekstrem. Material resist tradisional tidak cukup kuat untuk menghadapi radiasi tinggi yang dibutuhkan untuk membuat pola terkecil. Untuk mengatasi hal ini, tim peneliti mengembangkan resist metal-organik berbasis imidazole yang dapat menahan radiasi B-EUV, yang merupakan jenis radiasi sangat kuat dan presisi. Bahan ini dibuat dengan metode Chemical Liquid Deposition yang memungkinkan kontrol ketebalan dan pengujian berbagai kombinasi logam dan organik secara cepat. Salah satu temuan penting adalah penggunaan logam zinc yang sangat efektif dalam menyerap radiasi B-EUV dan memicu reaksi kimia yang membentuk pola pada wafer. Kerjasama antara berbagai universitas dan laboratorium riset dunia mendukung keberhasilan studi ini. Penemuan ini membuka jalan bagi produksi massal microchip yang lebih kecil dan efisien dalam waktu dekat. Teknologi ini diprediksi dapat mengubah cara manufaktur elektronik di masa depan dan mendukung inovasi teknologi di berbagai industri.