Berinvestasi dalam Pencapaian Hadiah Nobel – Potensi Laser

Sejarah Hadiah Nobel

Hadiah Nobel adalah penghargaan paling bergengsi di dunia ilmiah. Hadiah ini dibuat sesuai dengan wasiat Tuan Alfred Nobel untuk memberikan penghargaan “kepada mereka yang, selama tahun sebelumnya, telah memberikan manfaat terbesar bagi umat manusia” dalam bidang fisika, kimia, fisiologi atau kedokteran, sastra, dan perdamaian. Hadiah keenam kemudian dibuat untuk ilmu ekonomi oleh bank sentral Swedia.

Keputusan tentang siapa yang akan menerima hadiah tersebut berada di tangan beberapa institusi akademik Swedia.

Masalah Warisan

Keputusan untuk menciptakan Hadiah Nobel datang kepada Alfred Nobel setelah ia membaca obituari dirinya sendiri, yang muncul karena kesalahan sebuah surat kabar Prancis yang salah mengartikan berita tentang kematian saudaranya. Berjudul “Pedagang Kematian Telah Mati”, artikel Prancis tersebut mengkritik Nobel atas penemuannya berupa bahan peledak tanpa asap, yang paling terkenal adalah dinamit.

Penemuannya sangat berpengaruh dalam membentuk perang modern, dan Nobel membeli sebuah pabrik besi dan baja besar untuk menjadikannya produsen senjata utama. Karena ia pertama kali adalah seorang kimiawan, insinyur, dan penemu, Nobel menyadari bahwa ia tidak ingin warisannya dikenang sebagai orang yang menghasilkan kekayaan dari perang dan kematian orang lain.

Hadiah Nobel

Saat ini, Kekayaan Nobel disimpan dalam sebuah dana yang diinvestasikan untuk menghasilkan pendapatan guna membiayai Yayasan Nobel serta medali hijau berlapis emas, diploma, dan hadiah uang sebesar 11 juta SEK (sekitar $1 juta) yang diberikan kepada para pemenang.

Sumber: Britannica

Seringkali, uang Hadiah Nobel dibagi antara beberapa pemenang, terutama di bidang ilmiah di mana umum terdapat 2 atau 3 tokoh utama yang berkontribusi bersama atau paralel pada penemuan revolusioner.

Selama bertahun‑tahun, Hadiah Nobel menjadi HADIAH ilmiah, berusaha menyeimbangkan antara penemuan teoretis dan sangat praktis. Hadiah ini telah menghargai pencapaian yang membangun fondasi dunia modern, seperti radioaktivitas, antibiotik, sinar‑X, atau PCR, serta ilmu dasar seperti sumber energi matahari, muatan elektron, struktur atom, atau superfluida.

Potensi Laser

Diciptakan pada tahun 1960, laser menjadi sensasi dalam dunia riset fisika hampir seketika. Laser adalah berkas cahaya koheren, menghasilkan berkas cahaya yang sangat sempit dengan satu panjang gelombang yang tidak menyebar pada jarak jauh.

Sumber: Britannica

Penciptaan laser itu sendiri akan sangat cepat diberikan Hadiah Nobel, pada tahun 1964 kepada Townes, Nicolay G. Basov, dan Aleksandr M. Prokhorov “karena pekerjaan fundamental di bidang elektronik kuantum, yang telah menghasilkan konstruksi osilator dan amplifier berbasis prinsip laser‑maser”.

Hal ini karena dengan cepat menjadi jelas bahwa laser akan memiliki beragam aplikasi, mulai dari produksi industri hingga komunikasi.

Namun, ilmuwan lain tidak melihat laser dari sudut ini dan malah mempelajari teknologinya lebih jauh. Dan mereka akan memenangkan Hadiah Nobel Fisika pada tahun 2018 atas penemuan mereka.

Arthur Ashkin mempelajari bagaimana laser dapat digunakan untuk memindahkan benda mikroskopik, hanya dengan menggunakan “berat” berkas cahaya. Sementara itu, Gérard Mourou dan Donna Strickland mengembangkan metode untuk menciptakan pulsa laser ultra‑cepat dan ultra‑kuat, namun beberapa dekade kemudian, belum ada batas akhir tentang seberapa jauh teknik ini dapat meningkatkan kecepatan dan daya laser.

Sumber: Nobel Prize

Mendorong dengan Cahaya

Meskipun tidak memiliki massa, foton yang membentuk cahaya membawa sejumlah kecil energi dan, oleh karena itu, momentum. Secara teori, hal ini cukup untuk menciptakan gerakan tanpa menyentuh objek.

Untuk memindahkan objek dengan efek ini memang sulit, karena gerakan yang diinduksi sangat kecil. Jadi, dalam praktik, hal ini hanya dapat bekerja di ruang (layar surya) atau pada objek mikroskopik.

Inilah bidang riset yang disukai oleh Arthur Ashkin di Bell Laboratories. Ia mulai menggunakan bola transparan berukuran mikrometer dan mengonfirmasi bahwa bola‑bola tersebut dapat didorong oleh laser.

Sebuah pengamatan mengejutkan adalah bahwa bola‑bola tersebut tertarik ke pusat berkas laser, yang merupakan bagian terkuat. Ia menemukan bahwa hal ini karena tepi berkas laser lebih lemah, sehingga partikel tertahan di tengahnya.

Menangkap Partikel dengan Cahaya

Inilah saat Ashkin menemukan terobosan mengubah laser menjadi penjepit yang dapat mengambil dan memindahkan benda sesuka hati. Untuk melakukannya, ia menambahkan lensa ke instalasi yang akan memfokuskan kembali laser sehingga terpusat pada titik tertentu di ruang. Pada titik fokus ini, partikel ditangkap, karena tekanan cahaya laser terus menariknya kembali ke pusat.

Sumber: Nobel Prize

Pada tahun 1986, metode yang disebut “single-beam gradient force optical trap” ini telah mapan, dan segera dikenal dengan istilah yang lebih umum “optical tweezers”. Metode ini dapat menjebak partikel mulai dari puluhan nanometer hingga puluhan mikrometer.

Teknik‑teknik ini dengan cepat menjadi cara utama untuk menjebak, memanipulasi, dan mendinginkan atom‑atom individual.

Memanipulasi Sel Hidup Sesuka Hati

Namun Ashkin lebih fokus pada potensinya dalam memanipulasi makhluk hidup seperti virus dan bakteri. Karena laser hijau yang ia gunakan sebelumnya terlalu kuat, ia beralih ke laser inframerah yang jauh kurang merusak organisme hidup. Metode ini dengan cepat membuktikan bahwa ia dapat memindahkan seluruh virus atau bakteri, serta mendorong dan memindahkan komponen internal sel.

Hal ini segera mengarah pada pengukuran torsi yang dihasilkan oleh flagelum bakteri, gaya yang diberikan oleh mikrotubulus (bagian “kerangka” sel) di dalam sel, dan manipulasi sub‑komponen sel tumbuhan.

Sumber: Nobel Prize

Perkembangan lebih lanjut dalam presisi teknik dan kontrolnya akan memungkinkan manipulasi komponen sekecil satu pasangan basa DNA, mengukur gaya mekanik protease (enzim yang memecah protein), dan membuka molekul RNA.

Ide‑ide baru masih dikembangkan dalam bidang ilmu ini, seperti optik holografik, yang dapat menggunakan ribuan penjepit secara bersamaan.

Konsep serupa, menggunakan gelombang suara alih‑alih laser (penjepit akustik), juga sedang disempurnakan. Kami menelusuri bagaimana hal ini dapat merevolusi operasi dan kedokteran dalam artikel kami “Pengiriman Obat yang Ditargetkan Dapat Mendapat Manfaat dari Teknik Baru yang Melibatkan Gelombang Suara.”

Pulse Laser Ultra-Cepat

Ketika laser pertama kali muncul, penggunaan pertama yang dikembangkan dilakukan dengan berkas laser kontinu. Namun dengan cepat menjadi jelas bahwa pulsa energi tinggi dapat lebih berguna untuk banyak aplikasi lain yang memerlukan pengiriman daya besar secara hampir seketika.

Pada awalnya, perbaikan dilakukan menggunakan laser mode‑locked, sebuah metode yang memungkinkan peningkatan pulsa nanojoule menjadi level milijoule, peningkatan daya sejuta kali lipat. Namun, kemajuan ini stagnan pada tahun 1970‑an, karena tingkat energi yang semakin tinggi merusak amplifier yang digunakan.

Sumber: Nobel Prize

Satu‑satunya cara mengatasi masalah tersebut adalah dengan menggunakan berkas laser berdiameter lebih besar. Namun, berkas ini mahal dan hanya tersedia bagi beberapa institut riset nasional. Selain itu, mereka hanya dapat menembakkan beberapa tembakan per hari, sangat menghambat riset yang membutuhkan pulsa laser semacam itu.

Amplifikasi Pulse Berpola (CPA) Menyelamatkan

Semakin jelas bahwa teknologi pulsa laser stagnan, dan bersamaan dengan itu, semua program riset lain yang bergantung padanya. Di sinilah Donna Strickland, seorang mahasiswa PhD, dan supervisornya, Gérard Mourou, di University of Rochester, AS, memenangkan bagian Hadiah Nobel mereka.

Ide utama adalah pertama‑tama “memperpanjang” pulsa laser, mengurangi daya puncaknya. Ini berarti pulsa dapat diperkuat tanpa merusak material amplifier. Kemudian pulsa “dikompresi kembali” menjadi pulsa pendek, secara signifikan meningkatkan daya pulsa jauh melampaui apa yang sebelumnya mungkin. Teknik ini disebut Amplifikasi Pulse Berpola (CPA).

Konsepnya sederhana, namun implementasinya tidak. Dibutuhkan beberapa tahun bagi kedua peneliti tersebut untuk berhasil melakukannya. Mereka menggunakan lebih dari satu kilometer serat optik dan berjuang menyinkronkan semua komponen. Baru pada tahun 1985 mereka berhasil, dan CPA kemudian digunakan untuk menciptakan pulsa laser yang semakin kuat.

Sumber: Nobel Prize

Aplikasi Pulse Laser Ultra-Cepat

Pengamatan Waktu Infinitesimal

Salah satu aplikasi pulsa laser ultra‑pendek adalah “menerangi” target sangat singkat, dalam urutan femtodetik, satu juta dari satu miliar detik. Hal ini memungkinkan pengamatan fenomena seperti reaksi kimia molekul yang sebelumnya dianggap terjadi secara instan.

Sumber: Nobel Prize

Kemajuan lebih lanjut bahkan membuka bidang ilmu baru, ilmu attosekon (1/1000^th dari femtodetik). Dengan ilmu ini, ilmuwan dapat mempelajari dinamika elektron di dalam atom dan molekul, serta materi dalam fase terkondensasi dapat dipelajari.

Penggunaan Medis

Laser ini juga digunakan untuk menciptakan percepatan laser‑plasma, mempercepat partikel seperti proton dan elektron pada tingkat energi ekstrem. Partikel‑partikel ini dapat digunakan untuk terapi radiasi, dan penggunaan laser memungkinkan mesin cukup kecil untuk ditempatkan di rumah sakit.

Laser ultra‑cepat juga digunakan untuk operasi mata, mulai dari operasi LASIK untuk menghilangkan kebutuhan kacamata hingga fotokoagulasi untuk mengobati retinopati diabetik (penyakit retina).

Sumber: Nobel Prize

Ilmu Material

Laser dapat digunakan untuk mengukir material dengan sangat presisi. Namun, masalahnya adalah penggunaan laser yang terlalu lama menyebabkan pemanasan cepat pada material, yang menghasilkan gelombang kejut merusak.

Laser femtosekon masih melakukan pengukiran tetapi cukup singkat sehingga tidak menyebabkan pemanasan berlebih, menghilangkan masalah tersebut.

Sumber: Nobel Prize

Seperti yang kami sebutkan, hal ini memungkinkan penggunaan laser untuk operasi mata, penyimpanan data, dan pembuatan stent bedah, silinder berukuran mikrometer dari logam yang ditarik, yang dimasukkan ke dalam pembuluh darah tubuh, serta kanal‑kanal lainnya.

Berinvestasi dalam Teknologi Laser

Laser hadir dalam tak terhitung bagian teknologi modern, mulai dari disk optik hingga alat bedah, pencetakan 3D, semikonduktor, manufaktur, dan pengurut genom, dengan pasar $17,8 Miliar yang diperkirakan tumbuh 7,8 % CAGR hingga 2030.

Anda dapat membaca lebih lanjut tentang potensi laser dalam artikel kami “Laser Akan Memainkan Peran Penting di Dekade Mendatang Seiring Kemajuan Teknologi,” termasuk penggunaan baru di masa depan, seperti di bidang pertahanan, kesehatan, dan fusi nuklir.

Anda dapat berinvestasi di perusahaan terkait laser melalui banyak broker, dan Anda dapat menemukan di sini, pada securities.io, rekomendasi kami untuk broker terbaik di AS, Kanada, Australia, Inggris, serta banyak negara lainnya.

Jika Anda tidak tertarik memilih perusahaan tertentu, Anda juga dapat mempertimbangkan ETF teknologi seperti iShares U.S. Technology ETF (IYW) atau ProShares Nanotechnology ETF (TINY), meskipun belum ada ETF khusus laser, yang akan memberikan eksposur lebih terdiversifikasi untuk memanfaatkan saham laser & teknologi.

Perusahaan Laser

1. II-VI Marlow / Coherent

Coherent adalah konglomerat industri besar dengan lebih dari 26.000 karyawan dan pemimpin dalam teknologi laser, hasil penggabungan material maju II‑VI Marlow dengan pembuat laser Coherent.

Perusahaan ini ahli dalam material maju yang digunakan dalam laser, optik, dan fotonik, seperti indium fosfid, wafer epitaksial, dan galium arsenida. Pertumbuhannya sebagian besar berkat banyak akuisisi selama dekade terakhir.

Sumber: Coherent

Perusahaan ini memperoleh 29 % pendapatannya dari laser, sisanya terkait peralatan pendukung seperti serat optik, elektronik, dan instrumentasi.

Sumber: Coherent

Kehadiran perusahaan dalam material maju seperti termofotovoltaik (yang kami bahas dalam artikel sebelumnya), silikon karbida, laser, dan elektronik membantu perusahaan memperoleh manfaat dari tren struktural seperti pertumbuhan manufaktur presisi, manufaktur aditif (pencetakan 3D), elektrifikasi, dan energi terbarukan.

Perusahaan baru‑baru ini memisahkan bisnis silikon karbida menjadi entitas baru, dimiliki 75 % oleh Coherent, sisanya dimiliki secara merata oleh mitra Mitsubishi Electric (yang membawa IP daya silikon karbida) dan Denso (yang membawa aktivitasnya sebagai pemasok otomotif dalam elektrifikasi dan semikonduktor daya).

2. Corning

Corning adalah perusahaan teknologi manufaktur dan pemimpin di pasar laser, dengan fokus pada 3 teknologi inti: ilmu kaca, fisika optik (termasuk laser), dan ilmu keramik.

Sumber: Corning

Dengan lebih dari 50.000 karyawan, perusahaan ini hadir di banyak pasar, termasuk serat optik (mereka menemukan serat optik berkerugian rendah pertama pada tahun 1970), manufaktur presisi, kaca tahan kerusakan dan presisi, jaringan nirkabel, serta kontrol emisi otomotif (keramik untuk konverter katalitik).

Karena laser sendiri bergantung pada material yang sangat murni dan kaca yang dirancang presisi, terdapat banyak sinergi antara teknologi‑teknologi berbeda yang dimiliki Corning.

Secara keseluruhan, perusahaan memiliki sejarah panjang inovasi sukses dalam teknologi intinya, termasuk:

• Kaca tahan panas PIREX.
• Kaca LCD.
• Kaca antimikroba.
• Teknologi penangkap gambar untuk teleskop James Webb.
• Lensa pemusatkan berkas untuk fusi nuklir.

Sumber: Corning

Perusahaan ini juga menjual banyak alat berbasis laser, seperti pemotongan dan pemolesan kaca serta material rapuh lainnya.

Sumber: Corning

Lensa canggih, laser, dan keramik semakin penting dalam segala jenis aplikasi teknologi tinggi, mulai dari manufaktur semikonduktor hingga ilmu hayat.

Perusahaan memiliki kehadiran di bidang kedirgantaraan, bioteknologi & farmasi, elektronik & tampilan, komunikasi optik, dan otomotif, serta kepemimpinan teknologi dalam niche‑nya.

Semua sektor ini tumbuh cepat dan semakin bergantung pada peralatan berteknologi tinggi yang disuplai oleh penyedia khusus. Jadi, perusahaan ini seharusnya dapat terus tumbuh secara stabil dan tetap menjadi kekuatan terdepan di berbagai sektor.