Bagaimana Metasurface Kiral Mengubah Pengkodean Data

Apa Itu Kiralitas? Menjelajahi Ilmu di Balik Simetri

In nature, symmetry is a fundamental feature of many things, including the components of DNA and light itself. It is possible that two molecules almost identical to each other differ not in their composition or shape, but in their orientation, a concept called “chirality”. Di alam, simetri adalah fitur fundamental dari banyak hal, termasuk komponen DNA dan cahaya itu sendiri. Mungkin dua molekul yang hampir identik satu sama lain berbeda bukan pada komposisi atau bentuknya, melainkan pada orientasinya, sebuah konsep yang disebut “kirality”.

Chirality can be explained in its simplest form as the reason why our left hand differs from our right hand, despite both hands being identical in their shape, structure, and function.

Kiralitas dapat dijelaskan dalam bentuk paling sederhana sebagai alasan mengapa tangan kiri kita berbeda dari tangan kanan, meskipun kedua tangan identik dalam bentuk, struktur, dan fungsi.

Chirality plays a fundamental role in biology, with natural selection having selected exclusively “right-handed” DNA molecules, sugar, and amino acids (the base component of proteins).

Kiralitas memainkan peran fundamental dalam biologi, dengan seleksi alam secara eksklusif memilih molekul DNA, gula, dan asam amino “kanan-tangan” (komponen dasar protein).

The same type of phenomenon can be at play with light, which can be polarized toward the left or right, changing the direction of its electric field.

Fenomena serupa dapat terjadi pada cahaya, yang dapat dipolarisasi ke kiri atau kanan, mengubah arah medan listriknya.

When exposing a chiral molecule to polarized light, the reaction differs depending on the direction of the light polarization.

Ketika memaparkan molekul kiral pada cahaya terpolarisasi, reaksinya berbeda tergantung pada arah polarisasi cahaya.

This is a well-known phenomenon in physics, but until now it was too weak to be used in practical applications. This might have changed thanks to the work of researchers at the École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL – Switzerland), the Australian National University, and the University of South Australia.

Ini adalah fenomena yang sudah dikenal dalam fisika, tetapi sampai saat ini terlalu lemah untuk digunakan dalam aplikasi praktis. Hal ini mungkin telah berubah berkat kerja peneliti di École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL – Swiss), Australian National University, dan University of South Australia.

They published their results in Nature Communications¹, under the title “Chirality encoding in resonant metasurfaces governed by lattice symmetries”.

Mereka mempublikasikan hasil mereka di Nature Communications¹, dengan judul “Chirality encoding in resonant metasurfaces governed by lattice symmetries”.

Bagaimana Meta-Atom Memungkinkan Metasurface Kiral yang Dapat Disetel

Scientists have been developing new types of materials, called metamaterials, for a few decades. Metamaterials derive new properties not found in nature, not from their composition alone, but from how their internal structure is designed. Para ilmuwan telah mengembangkan jenis material baru, yang disebut metamaterial, selama beberapa dekade. Metamaterial memperoleh sifat baru yang tidak ditemukan di alam, bukan hanya dari komposisinya, tetapi dari cara struktur internalnya dirancang.

Meta-atoms are the blocks from which metamaterials are made.

Meta-atom adalah blok penyusun metamaterial.

The researchers have developed 2D lattices composed of tiny elements (the meta-atoms) that can easily tune their chiral properties.

Para peneliti telah mengembangkan kisi 2D yang terdiri dari elemen kecil (meta-atom) yang dapat dengan mudah menyetel sifat kiralnya.

Sumber: Nature

By varying the orientation of meta-atoms within a lattice, scientists can control the resulting metasurface’s interaction with polarized light.

Dengan mengubah orientasi meta-atom dalam kisi, ilmuwan dapat mengendalikan interaksi metasurface yang dihasilkan dengan cahaya terpolarisasi.

Sumber: Nature

Toolkit Kiral untuk Pengkodean Data Berbasis Cahaya

Previous attempts to use chirality to control interaction with light had limited success. In large part, this was due to a too difficult approach, using very complex meta-atom geometries. Upaya sebelumnya untuk menggunakan kiralitas dalam mengendalikan interaksi dengan cahaya memiliki keberhasilan terbatas. Sebagian besar, hal ini disebabkan oleh pendekatan yang terlalu sulit, menggunakan geometri meta-atom yang sangat kompleks.

Instead, the Swiss and Australian researchers leveraged the interaction between the shape of the meta-atoms and the symmetry of the lattice. They used a metasurface made of germanium and calcium difluoride.

Sebaliknya, peneliti Swiss dan Australia memanfaatkan interaksi antara bentuk meta-atom dan simetri kisi. Mereka menggunakan metasurface yang terbuat dari germanium dan kalsium difluorida.

Sumber: Nature

As a result, they could produce a predictable chiral behavior, tunable by simple parameters, hence creating a universal toolkit for on-demand chiral design.

Akibatnya, mereka dapat menghasilkan perilaku kiral yang dapat diprediksi, dapat disetel dengan parameter sederhana, sehingga menciptakan toolkit universal untuk desain kiral sesuai permintaan.

The inverted metasurface pattern was written using electron beam lithography.

Pola metasurface terbalik ditulis menggunakan litografi berkas elektron.

Transmisi Data Ganda

As a proof-of-concept, the researchers created an image with 2 layers of data encoded by a metasurface, one with normal light and one with polarized light. Sebagai bukti konsep, para peneliti membuat gambar dengan 2 lapisan data yang dikodekan oleh metasurface, satu dengan cahaya normal dan satu dengan cahaya terpolarisasi.

Sumber: Nature

The “transmission image” was encoded by the size of the meta atoms, and could be decoded using unpolarized light. The “chiral image” was encoded by the orientation of the meta atoms, revealed when exposed to circularly polarized light.

“Gambar transmisi” dikodekan berdasarkan ukuran meta-atom, dan dapat didekode menggunakan cahaya tidak terpolarisasi. “Gambar kiral” dikodekan berdasarkan orientasi meta-atom, terungkap ketika dipaparkan pada cahaya terpolarisasi melingkar.

“This experiment showcased our technique’s ability to produce a dual layer ‘watermark’ invisible to the human eye, paving the way for advanced anticounterfeiting, camouflage and security applications,”
“Eksperimen ini menunjukkan kemampuan teknik kami untuk menghasilkan ‘watermark’ berlapis ganda yang tidak terlihat oleh mata manusia, membuka jalan bagi anti-pemalsuan canggih, kamuflase, dan aplikasi keamanan,”

Ivan Sinev – Bionanophotonics Systems Lab researcher.

The light used was in the middle of the infrared range, making it relatively low-cost and easy to use.

Cahaya yang digunakan berada di tengah rentang inframerah, menjadikannya relatif murah dan mudah digunakan.

Aplikasi Dunia Nyata dari Teknologi Pengkodean Kiral

The first field of application of this technology is for advanced encryption, tagging, and other anticounterfeiting measures. Bidang aplikasi pertama teknologi ini adalah untuk enkripsi canggih, penandaan, dan langkah anti-pemalsuan lainnya.

Using this technique, a unique and secret level of encoding, only doable with this chiral toolkit on hand, could be used to certify the authenticity of bank notes, ID cards, payment systems, and other identification systems.

Dengan teknik ini, tingkat pengkodean yang unik dan rahasia, hanya dapat dilakukan dengan toolkit kiral ini, dapat digunakan untuk mengesahkan keaslian uang kertas, kartu identitas, sistem pembayaran, dan sistem identifikasi lainnya.

Another option could be to use this technique to create sensors sensitive to chiral structures. As most biological molecules are chiral, this could be used in distinguishing between left- and right-handed biomolecules.

Pilihan lain dapat menggunakan teknik ini untuk membuat sensor yang sensitif terhadap struktur kiral. Karena sebagian besar molekul biologis bersifat kiral, ini dapat digunakan untuk membedakan antara biomolekul tangan kiri dan kanan.

Sumber: Nature

As the system can be tuned along a gradient, it could also allow for scalable sensing of chiral molecules.

Karena sistem dapat disetel sepanjang gradien, hal ini juga dapat memungkinkan sensor skala besar untuk molekul kiral.

“We can use chiral metastructures like ours to sense, for example, drug composition or purity from small-volume samples. It could make the difference between a medicine and a toxin,”
“Kami dapat menggunakan metastruktur kiral seperti milik kami untuk mendeteksi, misalnya, komposisi atau kemurnian obat dari sampel berukuran kecil. Hal ini dapat membuat perbedaan antara obat dan racun,”

Felix Richter – Bionanophotonic Systems Lab researcher.

Polarized light is also very important in advanced computing systems emerging as a potential alternative to current silicon chips. This includes photonics and optical computing, as well as quantum computing and quantum photonics.

Cahaya terpolarisasi juga sangat penting dalam sistem komputasi canggih yang muncul sebagai alternatif potensial bagi chip silikon saat ini. Ini mencakup fotonik dan komputasi optik, serta komputasi kuantum dan fotonik kuantum.

This sort of tunable chiral system could be used to make further progress in the control of polarized light, increasing the precision and reducing the cost of such tools for new types of advanced computing.

Sistem kiral yang dapat disetel ini dapat digunakan untuk membuat kemajuan lebih lanjut dalam kontrol cahaya terpolarisasi, meningkatkan presisi dan mengurangi biaya alat semacam itu untuk jenis komputasi canggih baru.

Perusahaan Laser & Fotoni Publik Teratas yang Diperdagangkan

Coherent (II-VI Marlow): Pemimpin dalam Inovasi Laser

As photonics and metamaterials become more important in many industries, the main tools for these techniques, lasers, are also seeing their market grow.

Seiring fotonik dan metamaterial menjadi lebih penting di banyak industri, alat utama untuk teknik ini, laser, juga melihat pertumbuhannya.

Coherent is a large industrial conglomerate with 26,000+ employees and a leader in laser technology. It resulted from the merger of advanced material II-VI (IIVI ) Marlow with laser maker Coherent.

Coherent adalah konglomerat industri besar dengan lebih dari 26.000 karyawan dan pemimpin dalam teknologi laser. Perusahaan ini terbentuk dari penggabungan material canggih II-VI Marlow dengan pembuat laser Coherent.

The company is an expert in advanced materials used in lasers, optics, and photonics, such as indium phosphide, epitaxial wafers, and gallium arsenide.

Perusahaan ini ahli dalam material canggih yang digunakan dalam laser, optik, dan fotonik, seperti indium fosfida, wafer epitaksial, dan galium arsenida.

It grew largely thanks to multiple acquisitions over the last decade, from $600M in revenues in 2013 to $4.7B in 2024.

Pertumbuhannya sebagian besar berkat banyak akuisisi selama dekade terakhir, dari pendapatan $600 juta pada 2013 menjadi $4,7 miliar pada 2024.

The company derives 29% of its revenues from lasers directly, with the rest linked to associated equipment like optical fiber and electronics. The instrumentation category mostly includes life sciences and medical applications.

Perusahaan memperoleh 29% pendapatannya langsung dari laser, sisanya terkait dengan peralatan pendukung seperti serat optik dan elektronik. Kategori instrumentasi sebagian besar mencakup aplikasi ilmu hayat dan medis.

Sumber: Coherent

The presence of the company in advanced materials like thermophotovoltaics (which we discussed in a previous article), silicon carbide, lasers, and electronics helps it benefit from structural trends like the growth of precision manufacturing, additive manufacturing (3D printing), electrification, and renewable energies.

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

The company has recently separated its silicon carbide business into a new entity, owned at 75% by Coherent, with the rest owned equally by its partners Mitsubishi Electric (bringing silicon carbide power IP) and Denso (bringing its activity as an automotive supplier on electrification and power semiconductors).

Perusahaan telah baru-baru ini memisahkan bisnis silikon karbida menjadi entitas baru, dimiliki 75% oleh Coherent, dengan sisanya dimiliki secara merata oleh mitra-mitranya Mitsubishi Electric (menyumbangkan IP daya silikon karbida) dan Denso (menyumbangkan aktivitasnya sebagai pemasok otomotif pada elektrifikasi dan semikonduktor daya).

This is because silicon carbide is increasingly its own technology, separated from laser, mostly used in high-power applications like EVs, batteries, and renewable energy. (You can read more about silicon carbide in our dedicated investment report about this technology.)

Ini karena silikon karbida semakin menjadi teknologinya sendiri, terpisah dari laser, kebanyakan digunakan dalam aplikasi daya tinggi seperti kendaraan listrik, baterai, dan energi terbarukan. (Anda dapat membaca lebih lanjut tentang silicon carbide dalam laporan investasi khusus kami tentang teknologi ini.)

Coherent’s lasers make it a leader in LIDAR and 3D-digital sensing, including for self-driving applications, biotech Next Generation Sequencing (NGS) Flow Cells, and lasers for semiconductor manufacturing. It expects its main markets to grow at 8-20%.

Laser Coherent menjadikannya pemimpin di LIDAR dan sensor digital 3D, termasuk untuk aplikasi mengemudi otomatis, biotek Sel Aliran Sekuensing Generasi Berikutnya (NGS), dan laser untuk manufaktur semikonduktor. Perusahaan memperkirakan pasar utamanya akan tumbuh 8-20%.

Sumber: Coherent

Other potential new applications of lasers, like direct energy weapons, photonic computing, nuclear fusion, and spacetech, could all equally help sustain the long-term growth of the company.

Aplikasi baru potensial lain dari laser, seperti senjata energi langsung, komputasi fotonik, fusi nuklir, dan teknologi luar angkasa, semuanya dapat membantu mempertahankan pertumbuhan jangka panjang perusahaan.

Overall, Coherent is as close as it can get to a “pure play” publicly traded laser company for investors interested in the sector, with strong vertical integration and 3,100+ patents protecting its innovations.

Secara keseluruhan, Coherent adalah yang paling mendekati perusahaan laser publik “pure play” bagi investor yang tertarik pada sektor ini, dengan integrasi vertikal yang kuat dan lebih dari 3.100 paten yang melindungi inovasinya.

As photonics progresses, it will progressively increase the demand for ultra-fast, ultra-precise laser systems, as well as lasers used in optical telecommunications.

Seiring fotonik berkembang, permintaan akan sistem laser ultra-cepat, ultra-presisi, serta laser yang digunakan dalam telekomunikasi optik akan terus meningkat.

Berita dan Perkembangan Saham Coherent (COHR) Terbaru

Studi yang Dikutip

^{1. Sinev, I., Richter, F.U., Toftul, I. et al. Chirality encoding in resonant metasurfaces governed by lattice symmetries. Nature Communications 16, 6091 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-61221-2}