Denyut cahaya melintasi rambut manusia dalam waktu 74 femtodetik. Itu berarti 74 kuadriliun detik. Ini hanyalah sebuah interval. Namun para peneliti di Caltech telah melakukan hal yang mustahil. Mereka mengarahkan sinar dalam jangka waktu yang tepat menggunakan cahaya itu sendiri sebagai sinyal kontrol.
Ini bukanlah kemajuan bertahap. Ini adalah perubahan mendasar dalam cara kita menangani foton. Meta-surface baru beroperasi tanpa relaksasi elektronik yang lamban yang mengganggu teknologi saat ini. Terobosan ini membuka jalan bagi sistem fotonik yang membuang arus listrik untuk pemrosesan berbasis cahaya murni. Bayangkan komunikasi dan sensor bergerak dengan kecepatan pikiran. Perangkat keras akhirnya mengejar teori tersebut.
Mengapa Peralihan Elektronik Menghantam Tembok
Sebagian besar perangkat yang ada mengarahkan cahaya dengan mengacaukan elektron. Bayangkan layar kristal cair atau chip telekomunikasi. Mereka mendorong elektron ke tingkat energi yang lebih tinggi untuk mengubah jalur cahaya.
Inilah hambatannya. Elektron tidak tinggal diam. Mereka harus kembali ke keadaan semula. Mereka melepaskan energi. Masa pemulihan tersebut menimbulkan penundaan. Kita terjebak dalam ranah nanodetik atau pikodetik. Sepertriliun detik. Lambat menurut standar optik.
Harry Atwater, Profesor Ilmu Fisika dan Material Terapan Howard Hughes di Caltech, secara blak-blakan menyatakan: “Mengarahkan cahaya dengan cahaya sangatlah menantang…” Cahaya biasanya mengabaikan materi. Ini berinteraksi dengan lemah. Namun tim Atwater mengubah permainan.
Mereka menggunakan permukaan meta optik. Lembaran ultra tipis direkayasa nano untuk memperkuat interaksi lemah itu. Efisiensi melonjak. Hasilnya? Anda mendapatkan kemudi tanpa menunggu.
Mekanisme Pompa dan Probe
Laboratorium Atwater mencari celah di sekitar kelambatan elektronik. Solusinya? Parit listrik. Gunakan pulsa laser berpola sebagai gantinya.
Mereka menyebutnya “pompa”. Ini meledakkan material dengan cahaya yang kuat. Hal ini untuk sementara mengubah perilaku optik material. Ini adalah perubahan yang cepat berlalu. Hampir hilang sebelum Anda berkedip.
Berikutnya adalah “penyelidikan”. Sinar yang lebih lemah merambat melalui titik yang sama. Pola pompa menentukan kemana probe akan pergi. Cahaya mengarahkan cahaya. Tidak ada elektronik. Tidak ketinggalan.
Itu bergantung pada efek Kerr optik. Sinar yang kuat menggeser elektron dalam orbitalnya. Sedikit saja. Mereka tidak berpindah ke tingkat energi baru yang stabil. Tidak perlu relaksasi. Efeknya dimulai dan diakhiri dengan denyut nadi. Membersihkan. Cepat.
Tapi ada batasannya. Efek Kerr pada dasarnya lemah. Terlalu lemah untuk membengkokkan balok secara signifikan untuk penggunaan praktis. Anda tidak dapat mengarahkan lalu lintas jika rambu-rambu jalan tidak terlihat.
Kekuatan Rekayasa pada Skala Nano
Untuk memperbaiki sinyal yang lemah, para peneliti membangun sesuatu yang rumit. Mereka membentuk silikon amorf menjadi permukaan meta. Permukaan ini ditutupi pilar berskala nano. Lebih kecil dari panjang gelombang lampu pompa itu sendiri.
Jarak dan dimensinya tepat. Mereka memaksa cahaya untuk bersirkulasi sebentar di dalam struktur. Alih-alih langsung lewat, cahayanya tetap menyala. Sebentar saja.
Menjaga cahaya di dalam memperkuat perubahan indeks bias pada silikon. Pergeseran kecil itu menjadi kekuatan yang cukup kuat untuk membelokkan sinar probe.
Jumlahnya sangat mencengangkan. Mereka mencapai defleksi 13 derajat hanya dalam 74 femtodetik. Kecepatan modulasi sangat cocok dengan durasi pulsa pompa. Perangkat ini mengimbangi laser.
Dimana Sebenarnya Letak Batas Kecepatan
Jadi, seberapa cepatkah kecepatannya? Perangkatnya sepertinya bukan masalahnya. Batas atas saat ini ditentukan oleh pulsa laser itu sendiri. Pulsa yang lebih pendek berarti peralihan yang lebih cepat. Tekan durasi pulsa ke bawah, dan sistem akan terus melanjutkan.
Hal ini membuka pintu bagi konsep yang lebih liar. Kristal waktu. Bahan optik sintetis yang bervariasi waktu. Ide-ide ini dulunya merupakan keingintahuan teoretis. Sekarang, kami memiliki alat untuk mengujinya.
Penelitian ini dipublikasikan di Nature Nanotechnology. Penulis utama Claudio Hail, sekarang di UC Berkeley, melakukan penelitian ini saat berada di Caltech. Ini berfungsi sebagai bukti konsep. Sebuah mercusuar untuk apa yang bisa menjadi komputasi fotonik.
Kita sedang melewati era di mana elektronik mendikte kecepatan optik. Cahaya mengendalikan cahaya. Kecepatannya nyata. Pertanyaannya sekarang bukanlah apakah itu berhasil. Inilah yang terjadi selanjutnya jika kita melepas semua rem buatan dalam sistem.
