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”.

Kirality dapat dijelaskan secara paling sederhana sebagai alasan mengapa tangan kiri kita berbeda dari tangan kanan, meskipun kedua tangan memiliki bentuk, struktur, dan fungsi yang identik.

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

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

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

Ini adalah fenomena yang sudah dikenal dalam fisika, namun hingga kini 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.

Mereka mempublikasikan hasil mereka di Nature Communications¹, dengan judul “Pengkodean Kiralitas dalam Metasurface Resonansi yang Diatur oleh Simetri Kisi”.

Bagaimana Meta-Atom Memungkinkan Metasurface Kiral yang Dapat Diatur

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, melainkan dari cara struktur internalnya dirancang.

Meta-atom adalah blok penyusun metamaterial.

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

Sumber: Nature

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

Upaya sebelumnya untuk menggunakan kiralitas dalam mengendalikan interaksi dengan cahaya memiliki keberhasilan terbatas. Sebagian besar karena pendekatan yang terlalu sulit, menggunakan geometri meta-atom yang sangat kompleks.

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

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

Polanya metasurface terbalik ditulis menggunakan litografi berkas elektron.

Transmisi Data Ganda

Sebagai bukti konsep, peneliti membuat gambar dengan 2 lapisan data yang dikodekan oleh metasurface, satu dengan cahaya normal dan satu dengan cahaya terpolarisasi.

Sumber: Nature

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

“Eksperimen ini menunjukkan kemampuan teknik kami untuk menghasilkan ‘watermark’ berlapis ganda yang tidak terlihat oleh mata manusia, membuka jalan bagi aplikasi anti-pemalsuan, kamuflase, dan keamanan tingkat lanjut,”

Ivan Sinev – peneliti Bionanophotonics Systems Lab.

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

Aplikasi Dunia Nyata Teknologi Pengkodean Kiral

Bidang aplikasi pertama teknologi ini adalah untuk enkripsi canggih, penandaan, dan langkah anti-pemalsuan lainnya.

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

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 berhand kiri dan kanan.

Sumber: Nature

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

“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 – peneliti Bionanophotonic Systems Lab.

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

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

Perusahaan Laser & Fotoni Publik Teratas yang Diperdagangkan

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

Seiring fotonik dan metamaterial menjadi semakin penting di banyak industri, alat utama untuk teknik ini, laser, juga melihat pertumbuhan pasar.

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 (COHR ) Marlow dengan pembuat laser Coherent.

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

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

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

Sumber: Coherent

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.

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

Hal ini karena silikon karbida semakin menjadi teknologi tersendiri, terpisah dari laser, kebanyakan digunakan dalam aplikasi daya 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 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

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.

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

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 Dirujuk

^{1. Sinev, I., Richter, F.U., Toftul, I. et al. Pengkodean Kiralitas dalam Metasurface Resonansi yang Diatur oleh Simetri Kisi. Nature Communications 16, 6091 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-61221-2}