Bagaimana Metasurfaces Kiral Mengubah Pengodean Data

Apa Itu Kiralitas? Menjelajahi Ilmu di Balik Simetri

Di alam, simetri merupakan fitur fundamental dari banyak hal, termasuk komponen DNA dan cahaya itu sendiri. Ada kemungkinan bahwa dua molekul yang hampir identik satu sama lain berbeda bukan dalam komposisi atau bentuknya, melainkan dalam orientasinya, sebuah konsep yang disebut "kiralitas".

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

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

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

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

Fenomena ini sudah dikenal luas dalam fisika, tetapi hingga saat ini masih terlalu lemah untuk diterapkan dalam praktik. Hal ini mungkin telah berubah berkat kerja para peneliti di École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL – Swiss), Australian National University, dan University of South Australia.

Mereka menerbitkan hasil mereka di Nature Communications¹, dengan judul “Pengkodean kiralitas dalam metasurfaces resonansi yang diatur oleh simetri kisi".

Bagaimana Meta-Atom Memungkinkan Metasurfaces Kiral yang Dapat Disesuaikan

Para ilmuwan telah mengembangkan jenis material baru, yang disebut metamaterial, selama beberapa dekade. Metamaterial memperoleh sifat-sifat baru yang tidak ditemukan di alam, bukan hanya dari komposisinya, tetapi juga dari bagaimana struktur internalnya dirancang.

Meta-atom merupakan blok-blok yang membentuk metamaterial.

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

Sumber: Alam

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

Sumber: Alam

Kit Alat Kiral untuk Pengkodean Data Berbasis Cahaya

Upaya-upaya sebelumnya untuk menggunakan kiralitas guna mengendalikan interaksi dengan cahaya kurang berhasil. Hal ini sebagian besar disebabkan oleh pendekatan yang terlalu rumit, menggunakan geometri meta-atom yang sangat kompleks.

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

Sumber: Alam

Hasilnya, mereka dapat menghasilkan perilaku kiral yang dapat diprediksi, dapat disesuaikan dengan parameter sederhana, sehingga menciptakan perangkat universal untuk desain kiral sesuai permintaan.

Pola metasurface terbalik ditulis menggunakan litografi berkas elektron.

Transmisi Data Ganda

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: Alam

"Citra transmisi" dikodekan berdasarkan ukuran atom meta, dan dapat didekodekan menggunakan cahaya tak terpolarisasi. "Citra kiral" dikodekan berdasarkan orientasi atom meta, yang terungkap ketika terpapar cahaya terpolarisasi melingkar.

“Eksperimen ini menunjukkan kemampuan teknik kami untuk menghasilkan 'tanda air' dua lapis yang tidak terlihat oleh mata manusia, yang membuka jalan bagi aplikasi anti-pemalsuan, kamuflase, dan keamanan yang canggih,”

Ivan Sinev - Peneliti Lab Sistem Bionanofotonik.

Cahaya yang digunakan berada di tengah jangkauan inframerah, membuatnya relatif murah dan mudah digunakan.

Aplikasi Teknologi Pengkodean Kiral di Dunia Nyata

Bidang penerapan pertama dari teknologi ini adalah untuk enkripsi tingkat lanjut, penandaan, dan tindakan antipemalsuan lainnya.

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

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

Sumber: Alam

Karena sistem dapat disetel sepanjang gradien, hal itu juga memungkinkan penginderaan molekul kiral yang dapat ditingkatkan skalanya.

"Kita dapat menggunakan metastruktur kiral seperti milik kita untuk mendeteksi, misalnya, komposisi atau kemurnian obat dari sampel bervolume kecil. Hal ini dapat membedakan antara obat dan toksin,"

Felix Richter - Peneliti Lab Sistem Bionanofotonik.

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

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

Perusahaan Laser & Fotonik Terkemuka yang Diperdagangkan Secara Publik

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

Karena fotonik dan metamaterial menjadi semakin penting dalam banyak industri, alat utama untuk teknik ini, laser, juga mengalami pertumbuhan pasar.

Coherent adalah konglomerat industri besar dengan 26,000+ karyawan dan pemimpin dalam teknologi laser. Perusahaan ini merupakan hasil penggabungan material canggih II-VI Marlow dengan produsen laser Coherent.

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

Pertumbuhannya terutama disebabkan oleh berbagai akuisisi selama dekade terakhir, dari pendapatan $600 juta pada tahun 2013 menjadi $4.7 miliar pada tahun 2024.

Perusahaan ini memperoleh 29% pendapatannya langsung dari laser, sementara sisanya berasal dari peralatan terkait seperti serat optik dan elektronik. Kategori instrumentasi sebagian besar mencakup ilmu hayati dan aplikasi medis.

Sumber: Koheren

Kehadiran perusahaan dalam material canggih seperti termofotovoltaik (yang kita bahas di artikel sebelumnya), silikon karbida, laser, dan elektronik membantunya mendapatkan keuntungan dari tren struktural seperti pertumbuhan manufaktur presisi, manufaktur aditif (pencetakan 3D), elektrifikasi, dan energi terbarukan.

Perusahaan memiliki baru-baru ini memisahkan bisnis silikon karbidanya menjadi entitas baru, yang dimiliki sebesar 75% oleh Coherent, sedangkan sisanya dimiliki secara merata oleh mitranya, Mitsubishi Electric (membawa IP daya silikon karbida) dan Denso (membawa aktivitasnya sebagai pemasok otomotif pada elektrifikasi dan semikonduktor daya).

Hal ini karena silikon karbida semakin menjadi teknologi tersendiri, terpisah dari laser, yang sebagian besar digunakan dalam aplikasi berdaya tinggi seperti kendaraan listrik, baterai, dan energi terbarukan. (Anda dapat membaca lebih lanjut tentang silikon karbida dalam laporan investasi khusus kami tentang teknologi ini.)

Laser Coherent menjadikannya pemimpin dalam LIDAR dan penginderaan digital 3D, termasuk untuk aplikasi self-driving, bioteknologi Sel Aliran Sequencing Generasi Berikutnya (NGS), dan laser untuk manufaktur semikonduktorPerusahaan memperkirakan pasar utamanya akan tumbuh sebesar 8-20%.

Sumber: Koheren

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

Secara keseluruhan, Coherent merupakan perusahaan laser yang diperdagangkan secara publik yang paling mendekati “permainan murni” bagi investor yang tertarik pada sektor ini, dengan integrasi vertikal yang kuat dan 3,100+ paten yang melindungi inovasinya.

Seiring kemajuan fotonik, permintaan akan sistem laser yang sangat cepat dan sangat presisi, serta laser yang digunakan dalam telekomunikasi optik, akan meningkat secara bertahap.

Berita dan Perkembangan Saham Coherent (COHR) Terbaru

Studi Referensi

^{1. Sinev, I., Richter, FU, Toftul, I. et al. Pengkodean kiralitas dalam metasurfaces resonansi yang diatur oleh simetri kisi. Nature Komunalikasihal 16, 6091 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-61221-2}