Aplikasi Fisika Kuantum

Disusun Oleh Kelompok 7 Haryani Nani Mardiani Resiana Heri Agusti Widya Arisya Putri Niky Handayani

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA JURUSAN PMIPAFAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKANUNIVERSITAS RIAUPEKANBARU2012

KATA PENGANTARPuji syukur Penulis ucapkan kehadiran Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan karunia Nya sehingga makalah yang berjudul Aplikasi fisika kuantum ini dapat diselesaikan dengan baik.Makalah yang berjudul Aplikasi Fisika Kuantum ini disusun sebagai tugas mata kuliah. Dengan selesainya penyusunan makalah ini Penulis mengucapkan terima kasih yang kepada Ibu Azizahwati,S.Si, M.Si sebagai dosen pengampu mata kuliah Fisika kuantum dan kepada teman-teman yang selalu memberikan bantuan baik moril maupun materil.Semoga segala bantuan yang telah diberikan akan dibalas oleh Allah SWT. Penulis menyadari bahwa penulisan makalah masih jauh dari sempurna. Untuk itu kritik dan saran dari pembaca sangatlah Penulis harapkan demi kesempurnaan ke depannya.Akhirnya Penulis mengharapkan semoga makalah ini dapat bermamfaat bagi pembaca dan perkembangan ilmu pengetahuan.aminPekanbaru, Maret 2012 Penulis

Daftar Isi

HalKata PengantarDaftar Isi2Daftar Gambar4A. Aplikasi Efek Foto listrik (EFL)5a.Lampu LED (light emitting device)5b.Detektor Cahaya (photo detector).6c.Film bersuara7d.Tabung Foto Pengganda (photomultiplier tube)7e.Sel Surya7f.Kamera CCD (charge coupled device)11B. Aplikasi Difraksi Elektron13C. Aplikasi Efek Compton151. Teleskop Compton (Comptel)152. Spektroskopi gamma15C. Aplikasi Radiasi Benda Hitam16

Daftar GambarHal

Gambar 1. Photo detector6Gambar 2. Photo dioda6Gambar 3. Photo Transistor7Gambar 4 .Tabung Foto Pengganda7Gambar 5. Sel Surya8Gambar 6. Semikonduktor jenis p dan n sebelum disambung9Gambar 7. Semikonduktor jenis p dan n setelah disambung9Gambar 8. Elektron dari semikonduktor n bersatu dengan hole pada semikonduktor p9Gambar 9. Medan listrik10Gambar 10. Terbentuknya pasangan elektron dan hole akibat cahaya matahari.11Gambar 11. Proses konversi cahaya matahari menjadi energi listrik.11Gambar 12. Bagian Mikroskop elekrton14Gambar 13. Skema Teleskop Compton15

A. Aplikasi Efek Foto listrik (EFL)Efek foto listrik merupakan peristiwa dimana elektron keluar dari logam ketika disinari cahaya dengan frekuensi yang cukup tinggi. Cahaya disini berlaku sebagai partikel (foton) bersifat diskrit yang memiliki energi sebesar E=nhf. Dari percobaan EFL disimpulkan bahwa:1.Energi kinetik elektron yang keluar dari logam tidak bergantung pada intensitas cahaya yang datang. Besar kecilnya intensitas hanya mempengaruhi banyak sedikitnya elektron yang dihasilkan.2. Semakin besar frekuensi, maka semakin besar pula energi kinetik elektron.3.Setiap logam memiliki frekuensi cut off (frekuensi ambang) yang berbeda-beda. Jika frekuensi foton datang lebih kecil dari frekuensi ambang logam, maka tidak terjadi EFL.Prinsip EFL diterapkan pada berbagai piranti fotonik (photonic device) yang disebut Teknologi Fotovoltaik. Teknologi fotovoltaik merupakan suatu teknologi konversi yang mengubah cahaya (foto) menjadi listrik (volt) secara langsung (direct conversion). Peristiwa ini dikenal sebagai efek fotolistrik (photovoltaic affect). Didalam proses konversi cahaya-listrik tidak ada bagian yang bergerak, sehingga produk teknologi fotovoltaik memiliki umur teknis yang panjang (>25 tahun).Teknologi fotovoltaik dikenal sebagai teknologi bersih sehingga penerapannya akan mendukung program pembangunan yang berkelanjutan dan berwawasan lingkungan. Beberapa keuntungan dari pemanfaatan teknologi fotovoltaik, antara lain:1. Biaya operasional dan perawatan yang rendah (tidak diperlukan pembelian bahan bakar dan keausan dalam proses konversi)2. Tidak menimbulkan polusi udara karena tidak ada proses pembakaran sehingga mengurangi pelepasan gas rumah kaca (greenhouse gas)3. Tidak menimbulkan kebisingan karena tidak ada bagian yang bergerakBeberapa pemanfataannya adalah sebagai berikut:a. Lampu LED (light emitting device)LED merupakan sumber cahaya dalam bentuk laser semikonduktor yang dapat dipakai sebagai sumber pembawa sinyal pada komputer fotonik. Teknologi serat optis pun sudah berkembang sedemikian rupa sehingga siap mendukung tampilnya perangkat fotonik.LED adalah singkatan dariLight Emiting Dioda, merupakan komponen yang dapat mengeluarkan emisi cahaya.LED merupakan produk temuan lain setelah dioda. Strukturnya juga sama dengan dioda, tetapi belakangan ditemukan bahwa elektron yang menerjang sambungan P-N juga melepaskan energi berupa energi panas dan energi cahaya. LED dibuat agar lebih efisien jika mengeluarkan cahaya. Untuk mendapatkna emisi cahaya pada semikonduktor, doping yang pakai adalah galium, arsenic dan phosporus. Jenis doping yang berbeda menghasilkan warna cahaya yang berbeda pula. LED sering dipakai sebagai indikator yang masing-masing warna bisa memiliki arti yang berbeda. Menyala, padam dan berkedip juga bisa berarti lain. LED dalam bentuk susunan (array) bisa menjadi display yang besar. Dikenal juga LED dalam bentuk 7segment atau ada juga yang 14segment. Biasanya digunakan untuk menampilkan angka numerik dan alphabet.b. Detektor Cahaya (photo detector).Alat yang digunakan untuk mengubah besaran cahaya menjadi besaran listrik. Prinsip kerja dari alat ini adalah mengubah energi dari foton menjadi elektron. Idealnya satu foton dapat membangkitkan satu elektron.Terdapat sensor cahaya yang biasa digunakan yaitu LDR,fototransistor dan fotodioda, yang penggunaanya sangat luas terutama dalam teknologi saat ini.1. LDR

Gambar 1.Photo detector

Sebuah resistor yang nilai resistansinya tergantung pada seberapa banyak cahaya yang jatuh ada permukaan sensornya. Apabila permukaan alat ini gelap, maka tahanan alat menjadi tinggi. Ketika menyala dengan terang tahanan turun pada tingkat harga yg rendah.Disebut juga Sel fotokonduktif (juga disebut sel fotoresistif) adalah jenis transduser cahaya yg lain yg popular. Energi cahaya yg jatuh pada sel fotokonduktif akan menyebabkan perubahan tahanan sel. Jenis lain yg lebih populer adalah sel fotosulfida cadmium. 2. Photo dioda

Gambar 2. Photo dioda

Yang yang memilki komponen P-N yang sensitif terhadap cahaya. pada dasarnya adalah sambungan PN dengan lapisan P yg transparan. jika ada penyinaran cahaya pada lapisan transparan P akan menyebabkan gerakan elektron antara bagian P dan N, Jadi menghasilkan tegangan dc yg kecil.

3. Photo TransistorMerupakan aplikasi dari EFL internal yang bermanfaat sebagai sensor cahaya berkecepatan tinggi. Bahkan dalam komunikasi serat optik transmisi sebesar 40 Gigabit perdetik yang setara dengan pulsa cahaya sepanjang 10 pikodetik (10-11 detik) masih dapat dibaca oleh sebuah foto-diode.Fototransistor merupakan salah satu komponen yang berfungsi sebagai detektor cahaya yang dapat mengubah efek cahaya menjadi sinyal listrik. Karena itu fototransistor termasuk dalam detektor optik. Fototransistor dapat diterapkan sebagai sensor yang baik, karena memiliki kelebihan dibandingkan dengan komponen lain yaitu mampu untuk mendeteksi sekaligus menguatkannya dengan satu komponen tunggal. Fototransistor memiliki sambungan kolektor basis yang besar dan dengan cahaya karena cahaya dapat membangkitkan pasangan lubang elektron. Dengan diberi prasikap maju, cahaya yang masuk akan menimbulkan arus pada kolektor.

Gambar 3. Photo Transistor

c. Film bersuaraDengan bantuan peralatan elektronika saat itu suara dubbing film direkam dalam bentuk sinyal optik di sepanjang pinggiran keping film. Pada saat film diputar, sinyal ini dibaca kembali melalui proses efek fotolistrik dan sinyal listriknya diperkuat dengan menggunakan amplifier tabung sehingga menghasilkan film bersuara. d. Tabung Foto Pengganda (photomultiplier tube)Dengan menggunakan tabung ini hampir semua spektrum radiasi elektromagnetik dapat diamati. Tabung ini memiliki efisiensi yang sangat tinggi, bahkan ia sanggup mendeteksi foton tunggal sekalipun.

Gambar 4 . Tabung Foto PenggandaDengan menggunakan tabung ini, kelompok peneliti Superkamiokande di Jepang berhasil menyelidiki massa neutrino yang akhirnya dianugrahi hadiah Nobel pada tahun 2002. Di samping itu efek fotolistrik eksternal juga dapat dimanfaatkan untuk tujuan spektroskopi melalui peralatan yang bernama PES(photoelectron spectroscopy).PES merupakan aplikasi dari EFL eksternal yang dimanfaatkan untuk tujuan spektroskopi.e. Sel SuryaSel surya dapat mengubah energi matahari menjadi energi listrik melalui EFL internal. Efek fotolistrik ini terjadi pada suatu sel yang terbuat dari bahan semikonduktor.Sebuah semikonduktor yang disinari dengan cahaya tampak akan memisahkan elektron dan hole. Kelebihan elektron di satu sisi yang disertai dengan kelebihan hole di sisi lain akan menimbulkan beda potensial yang jika dialirkan menuju beban akan menghasilkan arus listrik. Karena sifatnya, sel ini kemudian disebut sebagai sel fotovoltaik (photovoltaic cell) atau sering juga disebut sebagai sel surya (solar cell). Sel fotovoltaik merupakan komponen terkecil didalam sistem energi surya fotovoltaik (SESF).Sinar matahari yang menimpa permukaan sel diubah secara langsung menjadi listrik sebagai akibat terjadinya pergerakan pasangan electron-hole, Produk akhir dari modul fotovoltaik menyerupai bentuk lembaran kaca dengan ketebalan sekitar 6 - 8 milimeter. Proses pengubahan atau konversi cahaya matahari menjadi listrik ini dimungkinkan karena bahan material yang menyusun sel surya berupa semikonduktor. Lebih tepatnya tersusun atas dua jenis semikonduktor; yakni jenis n dan jenis p. Semikonduktor jenis n merupakan semikonduktor yang memiliki kelebihan elektron, sehingga kelebihan muatan negatif, (n = negatif). Sedangkan semikonduktor jenis p memiliki kelebihan hole, sehingga disebut dengan p ( p = positif) karena kelebihan muatan positif. Caranya, dengan menambahkan unsur lain ke dalam semkonduktor, maka kita dapat mengontrol jenis semikonduktor tersebut, sebagaimana diilustrasikan pada gambar di bawah ini.

Gambar 5. Sel Surya

Pada awalnya, pembuatan dua jenis semikonduktor ini dimaksudkan untuk meningkatkan tingkat konduktifitas atau tingkat kemampuan daya hantar listrik dan panas semikonduktor alami. Di dalam semikonduktor alami (disebut dengan semikonduktor intrinsik) ini, elektron maupun hole memiliki jumlah yang sama. Kelebihan elektron atau hole dapat meningkatkan daya hantar listrik maupun panas dari sebuah semikoduktor. Misal semikonduktor intrinsik yang dimaksud ialah silikon (Si). Semikonduktor jenis p, biasanya dibuat dengan menambahkan unsur boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga) atau Indium (In) ke dalam Si. Unsur-unsur tambahan ini akan menambah jumlah hole. Sedangkan semikonduktor jenis n dibuat dengan menambahkan nitrogen (N), fosfor (P) atau arsen (As) ke dalam Si. Dari sini, tambahan elektron dapat diperoleh. Sedangkan, Si intrinsik sendiri tidak mengandung unsur tambahan. Usaha menambahkan unsur tambahan ini disebut dengan doping yang jumlahnya tidak lebih dari 1 % dibandingkan dengan berat Si yang hendak di-doping.Dua jenis semikonduktor n dan p ini jika disatukan akan membentuk sambungan p-n atau dioda p-n (istilah lain menyebutnya dengan sambungan metalurgi / metallurgical junction) yang dapat digambarkan sebagai berikut.1. Semikonduktor jenis p dan n sebelum disambung.

Gambar 6. Semikonduktor jenis p dan n sebelum disambungSesaat setelah dua jenis semikonduktor ini disambung, terjadi perpindahan elektronelektron dari semikonduktor n menuju semikonduktor p, dan perpindahan hole dari semikonduktor p menuju semikonduktor n. Perpindahan elektron maupun hole ini hanyasampai pada jarak tertentu dari batas sambungan awal.

Gambar 7. Semikonduktor jenis p dan n setelah disambung2. Elektron dari semikonduktor n bersatu dengan hole pada semikonduktor p yangmengakibatkan jumlah hole pada semikonduktor p akan berkurang. Daerah ini akhirnya berubah menjadi lebih bermuatan positif. Pada saat yang sama. hole dari semikonduktor p bersatu dengan elektron yang ada pada semikonduktor n yang mengakibatkan jumlah elektron di daerah ini berkurang. Daerah ini akhirnya lebih positif

Gambar 8. Elektron dari semikonduktor n bersatu dengan hole pada semikonduktor p

3. Daerah negatif dan positif ini disebut dengan daerah deplesi (depletion region) ditandai dengan huruf W.4. Baik elektron maupun hole yang ada pada daerah deplesi disebut dengan pembawa muatan minoritas (minority charge carriers) karena keberadaannya di jenis semikonduktor yang berbeda.5. Dikarenakan adanya perbedaan muatan positif dan negatif di daerah deplesi, maka timbul dengan sendirinya medan listrik internal E dari sisi positif ke sisi negatif, yang mencoba menarik kembali hole ke semikonduktor p dan elektron ke semikonduktor n. Medan listrik ini cenderung berlawanan dengan perpindahan hole maupun elektron pada awal terjadinya daerah deplesi (nomor 1 di atas).

Gambar 9. Medan listrik

6. Adanya medan listrik mengakibatkan sambungan pn berada pada titik setimbang, yakni saat di mana jumlah hole yang berpindah dari semikonduktor p ke n dikompensasi dengan jumlah hole yang tertarik kembali kearah semikonduktor p akibat medan listrik E. Begitu pula dengan jumlah elektron yang berpindah dari smikonduktor n ke p, dikompensasi dengan mengalirnya kembali elektron ke semikonduktor n akibat tarikan medan listrik E. Dengan kata lain, medan listrik E mencegah seluruh elektron dan hole berpindah dari semikonduktor yang satu ke semiikonduktor yang lain.Pada sambungan p-n inilah proses konversi cahaya matahari menjadi listrik terjadi.Untuk keperluan sel surya, semikonduktor n berada pada lapisan atas sambungan p yang menghadap kearah datangnya cahaya matahari, dan dibuat jauh lebih tipis dari semikonduktor p, sehingga cahaya matahari yang jatuh ke permukaan sel surya dapat terus terserap dan masuk ke daerah deplesi dan semikonduktor p. Ketika sambungan semikonduktor ini terkena cahaya matahari, maka elektron mendapat energi dari cahaya matahari untuk melepaskan dirinya dari semikonduktor n, daerah deplesi maupun semikonduktor. Terlepasnya elektron ini meninggalkan hole pada daerah yang ditinggalkan oleh elektron yang disebut dengan fotogenerasi elektron-hole (electron-hole photogeneration) yakni, terbentuknya pasangan elektron dan hole akibat cahaya matahari.

Gambar 10. terbentuknya pasangan elektron dan hole akibat cahaya matahari.

Cahaya matahari dengan panjang gelombang (dilambangkan dengan simbol lambda sbgn di gambar atas ) yang berbeda, membuat fotogenerasi pada sambungan pn berada pada bagian sambungan pn yang berbeda pula.Spektrum merah dari cahaya matahari yang memiliki panjang gelombang lebih panjang, mampu menembus daerah deplesi hingga terserap di semikonduktor p yang akhirnya menghasilkan proses fotogenerasi di sana. Spektrum biru dengan panjang gelombang yang jauh lebih pendek hanya terserap di daerah semikonduktor n.Selanjutnya, dikarenakan pada sambungan pn terdapat medan listrik E, elektron hasil fotogenerasi tertarik ke arah semikonduktor n, begitu pula dengan hole yang tertarik ke arah semikonduktor p.Apabila rangkaian kabel dihubungkan ke dua bagian semikonduktor, maka elektron akan mengalir melalui kabel. Jika sebuah lampu kecil dihubungkan ke kabel, lampu tersebut menyala dikarenakan mendapat arus listrik, dimana arus listrik ini timbul akibat pergerakan elektron.Pada umumnya, untuk memperkenalkan cara kerja sel surya secara umum, ilustrasi di bawah ini menjelaskan segalanya tentang proses konversi cahaya matahari menjadi energi listrik.

Gambar 11. proses konversi cahaya matahari menjadi energi listrik.

f. Kamera CCD (charge coupled device)Produk-produk elektronik yang dilengkapi dengan kamera CCD seperti kamera pada ponsel, kamera digital dengan resolusi hingga 12 Megapiksel, atau pemindai kode-batang (barcode) yang dipakai diseluruh supermarket, kesemuanya memanfaatkan efek fotolistrik internal dalam mengubah citra yang dikehendaki menjadi data-data elektronik yang selanjutnya dapat diproses oleh komputer. Charge-Coupled Device (CCD) merupakan rangkaian terintegrasi dalam suatu chip, terdiri atas substrat semikonduktor monolitik yang dilapisi insulator (penyekat) yang tersambung ke elektroda. CCD tidak lain adalah kumpulan dioda metal-oxide semiconductor (MOS) yang dicetak berdekatan satu dengan lainnya yang memiliki kemampuan menyimpan muatan. Dengan menerapkan urutan tegangan listrik tertentu, paket muatan listrik (elektron) tersebut dapat dipindahkan dari satu dioda ke dioda lainnya.Konsep muatan terkopling (coupled) ini pertama kali digagas oleh Willard Sterling Boyle dan George Elwood Smith dari Bell Laboratories pada tahun 1969. Pada awalnya, elektron yang dipindahkan harus diinjeksikan melalui suatu terminal input dengan tegangan listrik sebagai pemicunya. Belakangan diketahui bahwa elektron yang akan digerakkan tersebut dapat terbentuk akibat interaksi cahaya dengan substrat semikonduktor; suatu fenomena yang dikenal sebagai efek foto listrik. Berangkat dari fakta ini terbuka kemungkinan untuk menjadikan CCD sebagai detektor cahaya. Setelah 40 tahun berselang, pada 6 Oktober 2009 lalu The Royal Swedish Academi of Sciences telah memilih Boyle dan Smith sebagai peraih nobel bidang fisika tahun ini berbagi bersama Charles Kuen Kao untuk perannya dalam pencarian dan pengembangan serat optik berdaya hantar tinggi atas kepeloporan mereka dalam meletakkan dasar-dasar teknologi pencitraan digital.Bagian terpenting dari sebuah CCD adalah chip yang terdiri atas ribuan piksel (pixel; picture element) peka cahaya dalam susunan baris dan kolom. Pada prinsipnya, setiap chip CCD akan mengerjakan empat proses, yaitu pembangkitan, pengumpulan, pemindahan, dan pengukuran muatan listrik.Kemampuan CCD dalam menangkap cahaya (foton) yang datang dan kemudian membangkitkan muatan melalui efek foto listrik menyatakan efisiensi pembangkitan muatan. Umumnya dinyatakan sebagai fungsi panjang gelombang cahaya yang tiba di detektor. Efisiensi pembangkitan muatan ini sering disebut juga sebagai efisiensi kuantum, yaitu nisbah antara cahaya yang diubah menjadi sinyal listrik terhadap jumlah cahaya yang tiba.Faktor utama yang mempengaruhi efisiensi kuantum adalah kemampuan bahan substrat semikonduktor menyerap energi foton. Jika koefisien serapan bahan semikonduktor tinggi, artinya pada panjang gelombang tersebut semikonduktor makin mudah menyerap energi foton untuk membangkitkan efek foto listrik (mengeluarkan elektron). Sebaliknya, bila harga koefisien serapan semikonduktor rendah berarti pada panjang gelombang tersebut bahan semikonduktor menjadi transparan terhadap foton. Koefisien serapan juga merupakan fungsi temperatur. Pada temperatur yang lebih tinggi, untuk panjang gelombang yang sama, harga koefisien serapannya juga meningkat.Sementara itu, seberapa akurat suatu chip CCD mampu menampilkan citra dari elektron yang terkumpul, digambarkan oleh besaran yang disebut efisiensi pengumpulan muatan. Terdapat tiga faktor penting yang terkait dengan kemampuan ini, yaitu: (1) jumlah piksel, yang menunjukkan ukuran fisik dan resolusi CCD. Jumlah piksel CCD inilah yang menentukan resolusi citra akhir yang diperoleh, (2) jumlah maksimum elektron yang dapat ditampung masing-masing piksel, di mana piksel yang lebih besar akan menampung lebih banyak elektron, dan (3) kemampuan piksel menampung elektron hingga dilakukannya proses pemindahan dan pengukuran muatan listrik.Ketika dilakukan pembacaan CCD, muatan listrik dipindahkan dari piksel menuju amplifier output. Selama berlangsungnya proses pemindahan, dapat saja terjadi kehilangan yang tidak ikutmuatan. Bila terdapat persentase muatan sebesar a yangberpindah, dengan demikian secara efektif hanya 1a ini yang disebut sebagaiberhasil dipindahkan. Bagian 1a efisiensi pemindahan muatan yang menunjukkan keberhasilan detektor dalam memindahkan paket sinyal hingga ke amplifier untuk dibaca. Seiring dengan kemajuan teknologi pembuatan CCD, nilai efisiensi pemindahan muatan dapat dibuat mencapai 99,99999%, artinya dari tiap satu juta elektron yang akan dipindahkan hanya akan terjadi kehilangan satu buah elektron saja.Elektron yang terkumpul akan memberikan arus listrik yang dapat diukur. Transistor akan menguatkan arus tersebut untuk selanjutnya ditera sebagai besaran energi yang diterima detektor dari sumber cahaya. Derau (noise) adalah segala bentuk sinyal yang tidak diinginkan dan kehadirannya mengganggu besaran yang hendak diukur. Untuk memperoleh hasil pengukuran yang berkualitas, derau yang muncul harus dihilangkan menggunakan kaidah-kaidah tertentu dalam proses pengkalibrasian citra.B. Aplikasi Difraksi ElektronPada tahun 1927 Davisson dan Germer di AS dan G.P Thomson di Inggris meyakinkan hipotesis de Broglie dengan menunjukkan bahwa elektron terdifraksi bila berkas itu dihamburkan oleh kisi atom yang teratur dari suatu kristal. Salah satu Konsep difraksi elektron ini diterapkan pada mikroskop elektron.Sifat gelombang elektron yang bergerak merupakan dasar dari mikroskop elektron yang dibuat pertama kali tahun 1932. Mekanisme Kerja Mikroskop ElektronSecara umum, sistem penyinaran dan lensa pada mikroskop elektron sama dengan mikroskop cahaya. Pada mikroskop elektron ada electron gun yang menghasilkan elektron ekivalensi dengan sumber cahaya pada mikroskop cahaya. Elektron-elektron dipercepat dengan tegangan tinggi (40.000-100.000 V) dan melewati sistem lensa kondensor yang terdiri dari dua lensa magnetik. Pada sistem ini berkas elektron dikonsentrasikan pada spesimen dan oleh lensa objektif diperbesar bayangan, terakhir akan diproyeksikan pada layar yang berlapiskan fosfor sehingga dapat diamati. Lensa pengamat pada mikroskop elektron ekivalensi dengan eyepiece okuler pada mikroskop cahaya yang disebut dengan lensa proyektor.Pada mikroskop elektron, electron gun berada diatas sedangkan layar berada dibawah. Melalui jendela pada layar kita mengamati bayangan spesimen. Tempat yang dilewati elektron dinamakan columna, columna mikroskop dibuat vakum agar elektron yang melewatinya tidak terjadi peristiwa hamburan/Scattered.

Gambar 12. Bagian Mikroskop elekrton

Terdapat dua jenis mikroskop elektron yang utama yaitu Mikroskop Transmisi Elektron (TEM) dan Mikroskop Imbasan Elektron (SEM). Dalam penghasilan piranti mikroelektronik, TEM sering digunakan untuk melihat retakan piranti berikut sifat kristal yang ada pada piranti mikroelektronik itu tadi. Dalam suatu keadaan lain, TEM juga digunakan untuk melihat permukaan dari sebuah piranti. Perbedaan Prinsip operasi SEM berbeda dengan TEM karana elektron hanya akan mengimbas permukaan sampel selanjutnya hasil dari imbasan tersebut akan dipancarkan dalam bentuk gambar. gambar yang dihasilkan seperti gambar pada layar televisi.Cara terbentuknya gambar pada SEM berbeda dengan apa yang terjadi pada mikroskop optic dan TEM. Pada SEM, gambar dibuat berdasarkan deteksi elektron baru (elektron sekunder) atau elektron pantul yang muncul dari permukaan sampel ketika permukaan sampel tersebut dipindai dengan sinar elektron. Elektron sekunder atau elektron pantul yang terdeteksi selanjutnya diperkuat sinyalnya, kemudian besar amplitudonya ditampilkan dalam gradasi gelap-terang pada layar monitor CRT (cathode ray tube). Di layar CRT inilah gambar struktur obyek yang sudah diperbesar bisa dilihat. Pada proses operasinya, SEM tidak memerlukan sampel yang ditipiskan, sehingga bisa digunakan untuk melihat obyek dari sudut pandang 3 dimensi.

C. Aplikasi Efek Compton1. Teleskop Compton (Comptel)

Prinsip kerja Comptel :

Gambar 13. Skema Teleskop ComptonSebuah foton masuk dari atas dan menyebarkan Compton di lapisan deteksi pertama (biru) kemudian sebagian diserap dalam lapisan kedua (hijau). Area efektif yang dapat dideteksi oleh teleskop pencar Compton relatif kecil, karena hanya sejumlah kecil insiden sinar gamma Compton tersebar ditingkat atas. Resolusi energi untuk detektor ini cukup baik 5-10%, dibatasi oleh ketidakpastian dalam pengukuran energi yang disimpan oleh setiap lapisan.2. Spektroskopi gammaSinar gamma ini dihasilkan oleh suatu bahan radioaktif. Sinar gamma adalah termasuk sinar yang tidak dapat dilihat oleh mata, untuk itu perlu adanya detektor. Detektor yang digunakan adalah NaI (Tl). Apabila sinar gamma mengenai detektor NaI(Tl) maka akan terjadi tiga efek, yaitu efek fotolistrik, efek compton dan bentukan pasangan.Efek fotolistrik terjadi apabila ada sinar gamma yang mengenai elektron d kulit K dari sebuah atom maka elektron tersebut akan kosong sehingga akan diisi oleh elektron dari kulit yang lain, transisi ini yang menyebabkan terjadinya efek fotolistrik. Efek compton adalah efek yang terjadi apabila sinar gamma mengenai elektron bebas atau elektron terluar dari suatu atom yang dianggap daya ikatnya sangatlah kecil sehingga sama dengan elektron bebas. Apabila sinar gamma memancar ke elektron bebas ini maka akan terjadi hamburan, yang disebut hamburan compton. Sedangkan Efek bentukan pasangan terjadi ketika sinar gamma melaju di dekat inti atom sehingga akan terbentuk pasangan positron dan elektron, syaratnya tenaga sinar haruslah cukup. Dari ketiga efek tersebut, efek comptonlah yang paling kuat hal ini diakibatkan karena tenaga yang digunakan untuk melepas elektron juga yang lebih besar. Dan dari ketiga efek tersebut menghasilkan sintilasi atau pancaran cahaya, pancaran cahaya ini akan diteruskan ke fotokatoda yang dapat menguraikan cahaya ini menjadi elektron-elektron.

C. Aplikasi Radiasi Benda Hitam

Komputer FotonikArun N. Netravali, ilmuwan berdarah India yang menjabat Vice President Research Lucent Technology dan Direktur Bell Labs di AS, telah melakukan terobosan dalam proses pembuatan prosesor fotonik. Basis dari perangkat fotonik ini bukan lagi pada teknologi silikon seperti yang saat ini banyak diaplikasikan, melainkan mulai bergerak menuju teknologi foton yang memanfaatkan cahaya. Para ilmuwan mengembangkan komputer elektronik menjadi komputer fotonik. Banyak kelebihan yang dimiliki komputer fotonik ini jika kelak benar-benar bisa diwujudkan, yaitu : Sinyal dibawa oleh foton (gelombang elektromagnetik) dalam bentuk cahaya tampak. Cepat rambat foton tiga kali lebih cepat dibandingkan cepat rambat elektron sehingga komputer fotonik akan bekerja jauh lebih cepat. Data dapat disimpan secara tiga dimensi dalam medium yang ketebalannya berorde mikro meter. Jadi satu penyimpan fotonik bisa memiliki kapasitas yang setara dengan ribuan penyimpan elektronik.

16