Material Hibrida Giromorf, Kunci Komputer Fotonik Super Cepat Masa Depan

Para peneliti telah menciptakan material hibrida giromorf, sebuah material baru yang mampu mengontrol cahaya jauh lebih efektif daripada struktur apa pun yang pernah digunakan dalam chip fotonik. Pola hibrida ini menggabungkan keteraturan dan ketidakteraturan dengan cara unik yang dapat menghentikan cahaya masuk dari sudut mana pun. Penemuan ini memecahkan keterbatasan utama yang ditemukan pada kuasikristal dan material rekayasa lainnya, serta dapat membuka pintu menuju komputer bertenaga cahaya yang lebih cepat dan efisien.

Komputer Berbasis Cahaya dan Kebutuhan Material yang Lebih Baik

Para peneliti sedang bekerja keras mengembangkan komputer yang menggunakan cahaya, atau foton, alih-alih arus listrik untuk menyimpan informasi dan melakukan perhitungan. Mesin yang dibangun menggunakan cahaya memiliki potensi untuk berjalan lebih cepat dan menggunakan energi yang jauh lebih sedikit daripada elektronik saat ini.

Salah satu hambatan terbesar dalam membangun sistem ini—yang masih merupakan teknologi baru—adalah sulitnya mengarahkan sinyal cahaya yang sangat kecil di dalam chip tanpa mengurangi kekuatannya. Menyelesaikan masalah ini membutuhkan pendekatan baru pada desain material. Perangkat ini harus menyertakan zat ringan yang mampu memblokir cahaya yang tidak diinginkan yang datang dari segala arah, sebuah kemampuan yang disediakan oleh “material celah pita isotropik” (isotropic bandgap material).

Tim NYU Menemukan Giromorf

Ilmuwan di New York University kini telah mengidentifikasi material yang disebut “giromorf” yang memenuhi persyaratan ini lebih efektif daripada struktur apa pun yang dipelajari sejauh ini. Material Hibrida Giromorf menggabungkan karakteristik cairan dan kristal, dan mengungguli semua material yang dikenal dalam mencegah cahaya masuk dari sudut mana pun. Penemuan mereka, yang diterbitkan dalam Physical Review Letters, memperkenalkan strategi baru untuk menyetel perilaku optik dan dapat membantu memajukan komputasi berbasis cahaya.

“Giromorf tidak seperti struktur yang diketahui karena susunan uniknya menghasilkan material celah pita isotropik yang lebih baik daripada yang mungkin dilakukan dengan pendekatan saat ini,” kata Stefano Martiniani, asisten profesor fisika, kimia, matematika, dan ilmu saraf, serta penulis senior makalah tersebut.

Mengapa Kuasikristal Masih Kurang?

Saat merancang material celah pita isotropik, para peneliti sering menggunakan kuasikristal. Struktur ini mengikuti aturan matematika, tetapi tidak seperti kristal biasa, polanya tidak pernah berulang.

Meskipun strukturnya unik, kuasikristal memiliki keterbatasan yang disorot oleh tim NYU. Mereka dapat memblokir cahaya sepenuhnya, tetapi hanya dari sejumlah kecil arah, atau melemahkan cahaya dari semua arah tanpa sepenuhnya mencegahnya. Pertukaran ini membuat para ilmuwan terus mencari alternatif yang lebih baik yang dapat secara andal menghentikan cahaya agar tidak menguras kekuatan sinyal.

Merekayasa Metamaterial Baru

Dalam studi mereka, peneliti NYU menciptakan “metamaterial,” yaitu struktur rekayasa yang perilakunya bergantung pada arsitekturnya daripada sifat kimia komponennya. Tantangan dalam mengembangkan metamaterial terletak pada pemahaman bagaimana susunan mereka menghasilkan efek fisik tertentu.

Baca juga: Emulsi Air dalam Diesel, Cara Sederhana Kurangi Polusi Mesin Diesel

Untuk menemukan solusi yang bisa diterapkan, tim merancang algoritma yang menghasilkan struktur yang tidak teratur tetapi fungsional. Melalui upaya ini, mereka menemukan bentuk baru dari “ketidakteraturan berkorelasi,” yang menggambarkan material yang berada di antara sistem yang sepenuhnya teratur dan sepenuhnya acak.

“Bayangkan pohon di hutan—mereka tumbuh di posisi acak, tetapi tidak sepenuhnya acak karena biasanya berjarak tertentu satu sama lain,” jelas Martiniani. “Pola baru ini, giromorf, menggabungkan sifat-sifat yang kami yakini tidak kompatibel dan menampilkan fungsi yang mengungguli semua alternatif yang teratur, termasuk kuasikristal.”

Bagaimana Giromorf Mencapai Pemblokiran Cahaya Total

Selama analisis mereka, para peneliti menemukan bahwa setiap material celah pita isotropik berbagi tanda tangan struktural tertentu.

“Kami ingin membuat tanda tangan struktural ini sejelas mungkin,” tambah Mathias Casiulis, rekan pascadoktoral di Departemen Fisika NYU dan penulis utama makalah tersebut. “Hasilnya adalah kelas material baru—giromorf—yang mendamaikan fitur-fitur yang tampaknya tidak kompatibel.”

“Ini karena giromorf tidak memiliki struktur yang tetap dan berulang seperti kristal, yang memberi mereka ketidakteraturan seperti cairan, tetapi, pada saat yang sama, jika Anda melihatnya dari kejauhan, mereka membentuk pola yang teratur. Sifat-sifat ini bekerja sama untuk menciptakan celah pita yang tidak dapat ditembus gelombang cahaya dari arah mana pun.”

Referensi: “Gyromorphs: A New Class of Functional Disordered Materials” by Mathias Casiulis, Aaron Shih and Stefano Martiniani, 6 November 2025, Physical Review Letters.
DOI: 10.1103/gqrx-7mn2