Peneliti Menemukan Cara Baru Menghitung dengan Kristal Cair

Peneliti di University of Chicago Pritzker School of Molecular Engineering telah mendemonstrasikan bagaimana merancang elemen dasar yang diperlukan untuk operasi logika dengan bahan yang disebut kristal cair. Pengembangan baru ini adalah yang pertama dari jenisnya, dan dapat mengarah pada cara baru untuk melakukan komputasi.

Penelitian ini diterbitkan di Science Advances.

Sementara teknik baru ini tidak akan menghasilkan transistor atau komputer segera, dapat membantu menciptakan perangkat dengan fungsi baru dalam komputasi, penginderaan, dan robotika.

Juan de Pablo adalah Profesor Liew Family di bidang Teknik Molekuler dan ilmuwan senior di Argonne National Laboratory. Ia juga merupakan penulis senior penelitian ini.

“Kami menunjukkan bahwa dapat menciptakan blok bangunan dasar sirkuit – gerbang, penguat, dan konduktor – yang berarti dapat merakitnya menjadi susunan yang mampu melakukan operasi yang lebih kompleks,” kata Juan de Pablo. “Ini adalah langkah yang sangat menarik bagi bidang bahan aktif.”

Kristal Cair

Penelitian ini sangat fokus pada jenis bahan yang disebut kristal cair. Salah satu sifat unik dari kristal cair adalah molekulnya biasanya memanjang, dan mereka mengadopsi struktur yang teratur ketika mereka dipadatkan. Namun, struktur ini dapat bergeser seperti cair, dan ilmuwan dapat menggunakan sifat unik seperti ini untuk membangun teknologi baru.

Perintah molekuler yang berbeda berarti bahwa ada titik-titik di semua kristal cair di mana daerah teratur dapat bersentuhan dengan satu sama lain. Karena orientasi mereka tidak cocok sempurna, ilmuwan menyebutnya “cacat topologi,” dan titik-titik ini bergerak seiring dengan pergerakan kristal cair.

Tim ilmuwan sedang menjelajahi apakah cacat ini dapat digunakan untuk membawa informasi. Dengan demikian, menciptakan teknologi dari mereka akan memerlukan kemampuan untuk memindahkan mereka ke tempat yang diinginkan, dan telah sangat sulit untuk mengontrol perilaku mereka hingga saat ini.

“Biasanya, jika Anda melihat melalui mikroskop pada eksperimen dengan kristal cair aktif, Anda akan melihat kekacauan total – cacat bergeser di mana-mana,” kata Juan.

Pembaharuan

Pembaharuan ini datang tahun lalu dengan proyek di laboratorium Pablo yang dipimpin oleh Rui Zhang, yang merupakan ilmuwan postdoktor di Pritzker School of Molecular Engineering. Ia bekerja bersama dengan Prof. Margaret Gardel dari UChicago dan Prof. Zev Bryant dari Stanford.

Tim ini menemukan serangkaian teknik yang dapat digunakan untuk mengontrol cacat topologi. Jika mereka mengontrol di mana mereka memasukkan energi ke dalam kristal cair, yang dilakukan dengan menyinari area tertentu, cacat dapat diarahkan ke arah tertentu.

“Mereka memiliki banyak karakteristik elektron dalam sirkuit – kita dapat memindahkan mereka ke jarak jauh, menguatkan mereka, dan membuka atau menutup transportasi mereka seperti dalam gerbang transistor, yang berarti kita dapat menggunakannya untuk operasi yang relatif kompleks,” kata Zhang.

Sementara perhitungan menunjukkan bahwa sistem ini dapat digunakan untuk komputasi, mereka kemungkinan akan lebih berguna dalam bidang robotika lunak. Tim ini percaya bahwa mereka dapat menciptakan robotika lunak yang melakukan beberapa “pemikiran” mereka sendiri dengan bantuan kristal cair aktif.

Mereka juga berharap bahwa cacat topologi dapat digunakan untuk mengangkut sejumlah kecil cairan atau bahan lain di dalam perangkat kecil.

“Misalnya, mungkin kita dapat melakukan fungsi di dalam sel sintetis,” kata Zhang.

Tim penelitian ini juga termasuk co-penulis dan peneliti postdoktor UChicago Ali Mozaffari. Tim ini akan segera melakukan eksperimen untuk mengkonfirmasi temuan teoretis.