Para ilmuwan dari Monash University telah menciptakan sirkuit kecil baru yang mampu menghasilkan, mengarahkan, dan membaca informasi yang dibawa oleh cahaya, semuanya dalam satu chip.
Kemajuan ini menandai tonggak penting bagi bidang penelitian yang sedang berkembang yang dikenal sebagai “Valleytronics,” yang dapat berkontribusi terhadap terobosan masa depan dalam komputasi yang lebih cepat, pengurangan konsumsi daya, dan teknologi kuantum.
Dikembangkan oleh para peneliti di Monash School of Physics and Astronomy, perangkat baru ini menggabungkan nanoteknologi canggih dengan material mutakhir untuk memecahkan tantangan yang telah membatasi bidang ini selama bertahun-tahun.
Untuk pertama kalinya, tim telah membangun sebuah chip terintegrasi penuh yang mampu menghasilkan sinyal cahaya khusus, mengarahkannya ke jalur tertentu, dan mengubahnya menjadi sinyal listrik dalam sistem kompak yang sama.
Sinyal-sinyal ini menyimpan informasi menggunakan properti kuantum yang disebut “derajat kebebasan lembah”. Para ilmuwan yakin fitur unik ini dapat menawarkan cara baru untuk menyandikan, mengirimkan, dan memproses data.
Chip Valleytronics yang terintegrasi memecahkan tantangan yang sudah lama ada
Penulis utama Dr. Chi Li, yang temuan timnya dipublikasikan di Fotonik alamimengatakan pencapaian ini memecahkan hambatan besar dalam penelitian Valleytronics.
“Sampai saat ini, kami dapat menghasilkan atau mendeteksi sinyal-sinyal ini, namun kami tidak dapat melakukan semuanya dalam satu perangkat yang terintegrasi,” kata Dr. Li.
“Apa yang kami bangun adalah sistem lengkap dalam sebuah chip yang dapat membuat, mengarahkan, dan membaca informasi ini dengan presisi sangat tinggi.”
Perangkat ini mengandalkan bahan ultra-tipis yang tebalnya hanya beberapa atom. Bahan-bahan ini dikombinasikan dengan struktur nano yang dirancang khusus untuk mengontrol cahaya secara tepat pada skala yang sangat kecil.
Dr Kaijian Xing, salah satu penulis pertama studi ini dan peneliti di Monash University, menjelaskan bahwa tim telah mengembangkan cara praktis untuk menggabungkan komponen-komponen ini.
“Kami menggunakan pendekatan penumpukan sederhana untuk mengintegrasikan material ultra tipis dengan permukaan metasurface, mengatasi tantangan teknis dalam menumbuhkan material secara langsung pada struktur fotonik dan memungkinkan kemajuan lebih lanjut dalam Valleytronics,” kata Dr. Xing.
Teknologi fotonik pada suhu kamar
Salah satu keuntungan terpenting dari teknologi ini adalah ia beroperasi pada suhu kamar. Banyak sistem kuantum memerlukan lingkungan yang sangat dingin, sehingga lebih sulit dan mahal untuk digunakan dalam aplikasi dunia nyata.
Penulis utama Dr Haoran Ren, ARC Future Fellow dan pemimpin kelompok Monash NanoMeta, mengatakan pekerjaan ini dapat membuka jalan bagi generasi baru perangkat fotonik kompak yang dapat diprogram dan sangat efisien.
Menurut Dr Ren, teknologi ini dapat mendukung sistem komputasi yang lebih cepat, mengurangi konsumsi energi dan memungkinkan metode baru dalam komunikasi yang aman dan pemrosesan data yang canggih.
“Ini merupakan langkah penting menuju teknologi berbasis chip yang dapat diskalakan dan menggunakan cahaya dibandingkan listrik untuk memproses informasi,” kata Dr. Ren.
“Perangkat fotonik menggunakan cahaya untuk mencapai bandwidth besar, kecepatan transmisi data ultra-cepat, dan pengurangan konsumsi daya. Jadi apa yang telah kami capai memiliki potensi besar untuk penerapan dalam komputasi kuantum, pencitraan canggih, dan sistem komunikasi optik generasi mendatang.”
Memproses berbagai aliran informasi
Untuk mendemonstrasikan kemampuan chip tersebut, para peneliti berhasil menyandikan dan memproses dua gambar terpisah pada saat yang bersamaan. Pengalaman menunjukkan bahwa perangkat dapat menangani beberapa aliran informasi secara bersamaan, sebuah fitur penting untuk teknologi komputasi masa depan.
Profesor Stefan A. Maier, Direktur Sekolah Fisika, Astronomi, dan Laboratorium Nanofotonik di Monash University, mengatakan perkembangan ini membantu menjembatani kesenjangan antara penemuan ilmiah mendasar dan teknologi praktis.
“Ini merupakan langkah penting menuju sistem Valleytronic yang sepenuhnya terintegrasi,” kata Profesor Maier. “Dengan menggabungkan material ringan dan kuantum dalam sebuah chip, kita dapat mengakses cara-cara baru dalam menyandikan dan memproses informasi.”
Proyek internasional ini mempertemukan para peneliti dari Australia, Tiongkok, Singapura, Jerman dan Jepang, menggabungkan keahlian mereka di bidang nanofotonik, material dua dimensi, dan optoelektronik.
Tim Monash University terdiri dari Dr Chi Li, Dr Kaijian Xing, Profesor Michael S. Fuhrer, Profesor Stefan A. Maier dan Dr Haoran Ren. Kontribusi tambahan datang dari Singapore University of Technology and Design, LMU Munich dan University of Technology Sydney.
