Inilah Foto Atom Beresolusi Tertinggi yang Diabadikan Para Ilmuwan

Afkar Aristoteles Mukhaer - Selasa, 6 Juli 2021 | 09:00 WIB

Cornell Univesity

Hasil potret ptichografi elektron pada kristal PrScO3 diperbesar 100 juta kali.

Nationalgeographic.co.id - Pengetahuan kita tentang atom berkembang sejak masa filsafat Yunani Kuno. Perlahan, dari sekedar anggapan, manusia dapat membuktikan keberadaannya yang memiliki elektron.

Menurut Leucippus-Democritus, atom adalah serpihan terkecil dari suatu benda yang dapat diketahui jika kita memotong habis benda itu. Sedang Aristoteles, mengusulkan atom sebagai empat unsur dasar seperti api, tanah, air, dan udara, yang dapat dibagi lagi menjadi kecil sampai tak terbatas.

Lalu keberadaannya makin nyata oleh John Dalton (1807), J.J Thomson (1904), dan Ernest Rutherford (1911) melalui teknologi yang terus berkembang. Atom terdiri atas proton, neutron, dan elektron, yang tentunya masih sulit kita lihat karena ukurannya yang terlalu kecil.

Jika hendak melihat atom, kita hanya bisa menemuinya di internet berupa gambar ilustrasi buatan seniman. Lantas, seperti apa sejatinya rupa materi terkecil agar bisa terlihat?

Para ilmuwan dari beberapa lembaga institusi di Amerika dan Eropa baru-baru ini berhasil menangkap gambar atom dengan resolusi yang tertinggi. Mereka menangkap sampel dari kristal dalam tiga dimensi, dan memperbesarnya hingga 100 juta kali.

Mereka menyebut teknik pengambilan gambar itu sebagai ptikografi elektron. Prosesnya melibatkan pemotretan seberkas elektron pada objek bahan, dengan kemampuan mengambil satu miliar per detiknya.

Karena cahaya bergerak sangat kecil saat elektron dipotret, akibatnya sorotan gambar mengenai sampel sudut yang sedikit berubah setiap saat. Dan pada watu yang lain, cahaya mengenai atom dengan memantul di dalam sampel saat pemotretan dimulai lagi.

Para ilmuwan menulis hasilnya dalam laporan yang diterbitkan di Science, Mei lalu.

David Muller, salah satu penulis laporan penelitian itu mengungkapkan, bahwa teknik ini ibarat bermain dodgeball. Cara bermain ini adalah melempar dan memukulkan bola kearah lawan, sedangkan lawan harus menghindari terpaan bola itu.

Lutfi Fauziah

Ilustrasi bagaimana atom memancarkan cahaya, berdasarkan model Bohr.

Bedanya, terang Muller dalam Scientific American, seperti bermain dengan lawan yang muncul dalam kegelapan. Meski sulit melihat 'lawan', ia dan timnya bisa melihat kemana hempasan 'bola dodgeball' berakhir lewat detektor canggih.

Berdasarkan pola binting yang dihasilkan oleh miliaran elektron, algoritma machine learning hadir mengambil peran untuk menghitung di mana atom berada, dan seperti apa bentuknya.

Pola bintik yang dipelajari algoritma ini kemudian disempurnakan dengan hasil yang cocok. Sehingga dapat memecahkan masalah yang acak itu.

Ptikografi elektron yang dilakukan Muller dan tim berbeda dari teknik selumnya, yang hanya digunakan untuk mencitrakan sampel yang hanya stebal satu hingga beberapa atom. Mereka memotret dari beberapa benda dengan ketebalan yang bisa mencapai ratusan atom.

Kendati demikian, sampel yang lebih tebal tetap memberikan banyak tantangan. Alih-alih memantulkan cahaya dalam satu waktu sebelum deteksi, gelombang elektron malah memantul di sekitar atom dalam sampel tiga dimensi, ungkap Muller.

"Anda tahu dimana [cahaya] itu berakhir, tetapi Anda tidak tahu jalur apa yang diambil dalam benda itu," kata Muller. Mereka harus menghabiskan beberapa tahun terakhir untuk membereskannya.

Muller mengungkapkan, cara untuk meningkatkan mikroskop elektron bekerja untuk membantu teknik ptikografi elektron, hanya dilakukan dalam beberapa tahun terakhir.

Pada 2018, dia dan timnya telah menemukan cara untuk merekonstruksi sampel dua dimensi lewat teknik itu. Mereka mengklaim hasilnya adalah gambar beresolusi tertinggi yang melebihi metode apapun di dunia.

Bahkan dalam temuan kali ini, mereka masuk Guiness World Record atas mikroskop beresolusi tertinggi. Metode yang mereka lakukan juga dengan panjang gelombang energi yang lebih rendah daripada metode lain, sehingga memungkinkan untuk mendokumentasikan sampelnya dengan baik, ujar Muller.

Agar bisa terwujud, mereka perlu mengetahui apa yang perlu mereka lakukan pada tingkat atomnya. Tentunya, tindakan itu memerlukan teknik seperti ptikografi elektron.