Kiral Metasurface’ler Veri Kodlamasını Dönüştürüyor

Kiralite Nedir? Simetrinin Bilimini Keşfetmek

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”.

Doğada, simetri DNA bileşenleri ve ışığın kendisi dahil olmak üzere birçok şeyin temel bir özelliğidir. Neredeyse birbirine aynı iki molekül, bileşimleri ya da şekilleri değil, yönelimleriyle farklılık gösterebilir; bu kavrama “kiralite” denir.

Kiralite, en basit haliyle, sol elimizin sağ elimizden farklı olmasının nedeni olarak açıklanabilir; her iki el de şekil, yapı ve işlev bakımından aynı olsalar da.

Kiralite biyolojide temel bir rol oynar; doğal seçilim, yalnızca “sağ‑el” DNA moleküllerini, şekeri ve amino asitleri (proteinlerin temel bileşeni) seçmiştir.

Aynı tür bir fenomen ışıkta da ortaya çıkabilir; ışık sola ya da sağa kutuplanabilir ve bu, elektrik alanının yönünü değiştirir.

Kiral bir molekülü kutuplanmış ışığa maruz bıraktığınızda, reaksiyon ışığın kutuplanma yönüne bağlı olarak farklılık gösterir.

Bu, fizikte iyi bilinen bir fenomen olsa da, şimdiye kadar pratik uygulamalarda kullanılabilecek kadar güçlü değildi. Bu durum, École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL – İsviçre), Australian National University ve University of South Australia araştırmacılarının çalışmaları sayesinde değişmiş olabilir.

They published their results in Nature Communications¹, under the title “Kiralitenin ızgara simetrileri tarafından yönetilen rezonant metasurface’lerde kodlanması”.

Meta‑Atomlar Ayarlanabilir Kiral Metasurface’leri Nasıl Etkinleştirir

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.

Bilim insanları birkaç on yıldır metamaterial adı verilen yeni malzeme türleri geliştirmektedir. Metamaterialler, yalnızca bileşimlerinden değil, iç yapıların tasarımından kaynaklanan, doğada bulunmayan yeni özellikler kazanır.

Meta‑atomlar, metamateriallerin oluşturulduğu bloklardır.

Araştırmacılar, kiral özelliklerini kolayca ayarlayabilen küçük elemanlardan (meta‑atomlar) oluşan 2D ızgaralar geliştirdi.

Kaynak: Nature

Meta‑atomların ızgara içindeki yönelimini değiştirerek, bilim insanları ortaya çıkan metasurface’in kutuplanmış ışıkla etkileşimini kontrol edebilir.

Kaynak: Nature

Işık Tabanlı Veri Kodlaması İçin Kiral Araç Seti

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.

Kiraliteyi ışıkla etkileşimi kontrol etmek için kullanma konusundaki önceki girişimler sınırlı başarı elde etti. Bunun büyük bir kısmı, çok karmaşık meta‑atom geometrileri kullanan aşırı zor bir yaklaşım olmasından kaynaklanıyordu.

Bunun yerine, İsviçre ve Avustralya araştırmacıları meta‑atomların şekli ile ızgaranın simetrisi arasındaki etkileşimi kullandılar. Germanium ve kalsiyum difluoritten yapılmış bir metasurface kullandılar.

Kaynak: Nature

Sonuç olarak, basit parametrelerle ayarlanabilir öngörülebilir bir kiral davranış üretebildiler ve bu sayede talep üzerine kiral tasarım için evrensel bir araç seti oluşturdular.

The inverted metasurface pattern was written using electron beam lithography.

Çift Veri İletimi

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.

Kavram kanıtı olarak, araştırmacılar bir metasurface ile kodlanmış 2 katmanlı veri içeren bir görüntü oluşturdu; biri normal ışık, diğeri kutuplanmış ışıkla.

Kaynak: Nature

“İletim görüntüsü”, meta‑atomların boyutu ile kodlandı ve kutuplanmamış ışıkla çözülebildi. “Kiral görüntü” ise meta‑atomların yönelimiyle kodlandı ve dairesel kutuplanmış ışığa maruz bırakıldığında ortaya çıktı.

“Bu deney, tekniğimizin insan gözüyle görülmeyen çift katmanlı bir ‘su işareti’ üretme yeteneğini gösterdi ve gelişmiş sahtecilik önleme, kamuflaj ve güvenlik uygulamaları için yolu açtı,”

Ivan Sinev – Bionanophotonics Systems Lab araştırmacısı.

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

Kiral Kodlama Teknolojisinin Gerçek Dünya Uygulamaları

The first field of application of this technology is for advanced encryption, tagging, and other anticounterfeiting measures.

Bu teknolojinin ilk uygulama alanı, gelişmiş şifreleme, etiketleme ve diğer sahtecilik önleme önlemleridir.

Bu teknikle, yalnızca bu kiral araç setiyle yapılabilen benzersiz ve gizli bir kodlama seviyesi, banknotların, kimlik kartlarının, ödeme sistemlerinin ve diğer kimlik doğrulama sistemlerinin özgünlüğünü teyit etmek için kullanılabilir.

Başka bir seçenek, bu tekniği kiral yapılara duyarlı sensörler oluşturmak için kullanmak olabilir. Çoğu biyolojik molekül kiral olduğundan, bu, sol ve sağ el biyomoleküllerini ayırt etmekte kullanılabilir.

Kaynak: Nature

Sistem bir gradyan boyunca ayarlanabildiği için, kiral moleküllerin ölçeklenebilir bir şekilde algılanmasını da mümkün kılabilir.

“Örneğin, küçük hacimli örneklerden ilaç bileşimini veya saflığını algılamak için bizim gibi kiral metastrüktürleri kullanabiliriz. Bu, bir ilac ile bir toksin arasındaki farkı belirleyebilir,”

Felix Richter – Bionanophotonic Systems Lab araştırmacısı.

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.

Kutuplanmış ışık, mevcut silikon çiplere olası bir alternatif olarak ortaya çıkan gelişmiş bilgi işlem sistemlerinde de çok önemlidir. Bu, fotonik ve optik bilgi işlem, ayrıca kuantum bilgi işlem ve kuantum fotoniği içerir.

Bu tür ayarlanabilir kiral sistem, kutuplanmış ışığın kontrolünde daha fazla ilerleme kaydetmek, hassasiyeti artırmak ve bu araçların maliyetini yeni nesil gelişmiş bilgi işlem için azaltmak amacıyla kullanılabilir.

En İyi Halka Açık Lazer & Fotoni̇k Şirketi

Coherent (II-VI Marlow): Lazer Yeniliklerinde Lider

Fotonik ve metamaterialler birçok endüstride daha önemli hale geldikçe, bu tekniklerin ana araçları olan lazerlerin de pazarı büyüyor.

Coherent, 26.000+ çalışanı olan büyük bir sanayi holdingi ve lazer teknolojisinde liderdir. Gelişmiş malzeme II-VI (COHR ) Marlow ile lazer üreticisi Coherent’in birleşmesinden ortaya çıkmıştır.

Şirket, lazer, optik ve fotoni̇kte kullanılan indiyum fosfit, epitaksiyel waferlar ve galyum arsenid gibi gelişmiş malzemelerde uzmandır.

Geçtiğimiz on yılda birden fazla satın alma sayesinde, 2013’te 600 milyon dolar gelirden 2024’te 4,7 milyar dolara büyük ölçüde büyüdü.

Şirket, gelirlerinin %29’unu doğrudan lazerlerden elde eder; geri kalan kısmı optik fiber ve elektronik gibi ilgili ekipmanlarla bağlantılıdır. Enstrümantasyon kategorisi çoğunlukla yaşam bilimleri ve tıbbi uygulamaları içerir.

Kaynak: Coherent

Şirketin termofotovoltaik (ki önceki bir makalede tartıştığımız), silikon karbür, lazer ve elektronik gibi gelişmiş malzemelerdeki varlığı, hassas üretim, eklemeli üretim (3D baskı), elektrifikasyon ve yenilenebilir enerji gibi yapısal eğilimlerden faydalanmasını sağlar.

Şirket, son zamanlarda silikon karbür işini %75’i Coherent’e ait yeni bir varlık olarak ayırdı, geri kalan kısmı ise eşit olarak ortakları Mitsubishi Electric (silikon karbür güç IP’si getiriyor) ve Denso’ya (elektrifikasyon ve güç yarı iletkenlerinde otomotiv tedarikçisi olarak faaliyet gösteriyor) aittir.

Bu, silikon karbürün giderek kendi teknolojisi haline gelmesi, lazerden ayrılması ve çoğunlukla EV’ler, piller ve yenilenebilir enerji gibi yüksek güç uygulamalarında kullanılmasından kaynaklanmaktadır. (Bu teknolojiyle ilgili ayrıntılı yatırım raporumuzda silikon karbür hakkında daha fazla okuyabilirsiniz bu teknolojiyle ilgili ayrıntılı yatırım raporumuzda silikon karbür.)

Coherent’in lazerleri, onu LIDAR ve 3D-dijital algılamada, otonom sürüş uygulamaları dahil olmak üzere lider konumuna getiriyor, biyoteknoloji Yeni Nesil Sekanslama (NGS) Akış Hücreleri, ve yarı iletken üretimi için lazerler. Ana pazarlarının %8-20 oranında büyümesi bekleniyor.

Kaynak: Coherent

Lazerlerin diğer potansiyel yeni uygulamaları, doğrudan enerji silahları, fotonik bilgi işlem, nükleer füzyon ve uzay teknolojisi gibi, şirketin uzun vadeli büyümesini sürdürebilir.

Genel olarak, Coherent, sektöre ilgi duyan yatırımcılar için “saf odaklı” halka açık bir lazer şirketine en yakın konumda; güçlü dikey entegrasyon ve 3.100’den fazla patenti yeniliklerini koruyor.

Fotoni̇k ilerledikçe, ultra hızlı, ultra hassas lazer sistemlerine ve optik telekomünikasyonda kullanılan lazerlere olan talep giderek artacaktır.

En Son Coherent (COHR) Hisse Senedi Haberleri ve Gelişmeler

Referans Çalışma

^{1. Sinev, I., Richter, F.U., Toftul, I. et al. Izgara simetrileri tarafından yönetilen rezonant metasurface’lerde kiralite kodlaması. Nature Communications 16, 6091 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-61221-2}