Language
Country/Area
No result found
Misteri fisika kuantum: Bagaimana eksitasi dua foton memungkinkan kita menjelajahi bagian dalam molekul?
Dalam bidang fisika kuantum, penyerapan dua foton (TPA) merupakan fenomena menarik yang memungkinkan para ilmuwan mengamati dan mempelajari struktur internal dan perilaku molekul dengan cara yang sama sekali baru. Sederhananya, penyerapan dua foton adalah proses ketika dua foton (baik yang frekuensinya sama maupun berbeda) diserap secara bersamaan untuk mengeksitasi atom atau molekul, sehingga meningkatkan status energinya ke status tereksitasi elektronik yang lebih tinggi. Proses ini memungkinkan kita untuk mengeksplorasi sifat-sifat molekul dengan cara yang tidak merusak tanpa menyebabkan kerusakan pada molekul tersebut.
Hal yang menakjubkan tentang penyerapan dua foton adalah bahwa probabilitasnya sebanding dengan kuadrat intensitas cahaya, yang mengharuskan penggunaan laser intensitas tinggi saat mempelajari fenomena ini.
Penyerapan dua foton pertama kali diprediksi oleh Maria Goeppert-Meier pada tahun 1931 dan diverifikasi secara eksperimental 30 tahun kemudian dengan munculnya teknologi laser. Para ilmuwan pertama kali mengamati fluoresensi dua-foton yang tereksitasi dalam kristal yang didoping dengan platinum Eropa, dan kemudian dalam semikonduktor uap natrium dan kadmium sulfida. Temuan awal ini meletakkan dasar bagi pengembangan teknologi dua-foton dan mengarah ke banyak aplikasi, termasuk pencitraan biomedis dan ilmu material.
Prinsip dasar penyerapan dua-foton
Dalam penyerapan dua-foton, molekul cahaya mentransfer energi melalui tingkat energi virtual, yang berarti tidak perlu bergantung pada keadaan elektronik antara untuk menyerap foton. Dalam proses ini, energi foton perlu dijumlahkan cukup untuk mendorong molekul dari keadaan dasar ke keadaan tereksitasi, dan proses ini dianggap nonlinier karena memerlukan dua foton untuk tiba di posisi molekuler yang sama pada saat yang sama agar setiap penyerapan dapat berinteraksi.
Melalui proses penyerapan dua-foton, kita dapat menjelajahi struktur molekul dan bahkan memotretnya di bawah mikroskop, yang memiliki potensi besar dalam penelitian biologi dan kimia.
Aplikasi dalam eksperimen
Teknologi eksitasi dua-foton digunakan secara luas dalam bidang pencitraan biologis dan ilmu material dan dikenal karena kemampuannya untuk mengamati perilaku seluler dan molekuler dengan resolusi tinggi. Pada saat yang sama, karena kerusakannya yang rendah pada sampel, para ilmuwan dapat melakukan eksperimen dinamis melalui pengamatan jangka panjang. Pengaturan eksperimen yang paling umum untuk teknik ini menggunakan laser berdenyut, seperti osilator parametrik optik untuk dioda laser atau pemompaan Nd:YAG dengan frekuensi dua kali lipat.
Aturan seleksi dan teknik pengukuran
Aturan seleksi untuk penyerapan dua-foton sama sekali berbeda dari penyerapan satu-foton, dan metode pengukurannya beragam, termasuk fluoresensi eksitasi dua-foton, pemfokusan sendiri, pemindaian z, dan teknologi lainnya. Inti dari metode ini adalah identifikasi berapa banyak foton yang diserap oleh sampel dan bagaimana struktur molekul memengaruhi sifat penyerapannya.
Eksperimen ini tidak hanya mendorong penelitian ilmiah dasar, tetapi juga menghadirkan inovasi dalam bidang teknik dan teknologi, menjadi alat penting untuk mendeteksi sifat-sifat material.
Tantangan dan prospek masa depan
Meskipun penelitian tentang teknologi penyerapan dua foton telah mengalami kemajuan yang signifikan, namun masih banyak tantangan yang harus dihadapi. Di satu sisi, cara mengendalikan energi dan intensitas foton secara akurat di lingkungan yang berbeda untuk memperoleh efek eksitasi yang dibutuhkan masih merupakan teknologi yang perlu diperdalam; di sisi lain, sensitivitas terhadap kebocoran dan kebisingan juga perlu ditingkatkan lebih lanjut sehingga dapat mengurangi gangguan dalam aplikasi yang lebih praktis.
Singkatnya, teknologi eksitasi dua foton bukan hanya terobosan ilmiah, tetapi juga mendorong kita untuk memikirkan kembali sifat molekul dan pemahaman kita tentang dunia mikroskopis. Seiring dengan terus berkembangnya bidang ini, penemuan dan kemungkinan baru apa yang akan menunggu untuk kita jelajahi di masa mendatang?
