Ilmuwan Ciptakan Kristal Ruang-Waktu dari Cahaya yang Terikat Simpul

Konsep kristal optimasi ruang-waktu 3D.(Y. Shen dkk. )

ADA gagasan penyusunan pola cahaya eksotis berbentuk simpul menjadi kristal yang bisa berulang dalam ruang dan waktu. Hal ini diungkapkan tim peneliti internasional dari Singapura dan Jepang.

Penelitian ini memanfaatkan teknologi fotonika untuk menciptakan struktur unik. Berpotensi digunakan dalam pemrosesan informasi berkecepatan tinggi di masa depan.

Fokus temuan ini pada fenomena yang disebut hopfion, yaitu struktur topologi tiga dimensi dengan pola “putaran” internal yang saling terkait membentuk lingkaran tertutup.

Sebelumnya, hopfion pernah diamati pada medan magnet dan medan cahaya, tetapi umumnya hanya bisa dihasilkan sebagai objek tunggal.

Pada penelitian ini, ilmuwan berhasil menyusunnya menjadi pola teratur seperti kristal atom. Bedanya, pola hopfion ini tidak hanya berulang dalam ruang, tetapi juga berulang dalam waktu.

Kunci Keberhasilan

Kunci keberhasilan ini adalah penggunaan medan cahaya dua warna (bichromatic light field) dengan vektor listrik yang berubah-ubah seiring waktu.

Dengan cara menggabungkan dua sinar cahaya berbeda yang memiliki mode ruang berbeda dan popularitas sirkular berlawanan. Sehingga, para peneliti dapat membentuk sebuah “pseudospin” yang bergerak mengikuti ritme tertentu.

Ketika dua warna cahaya ini diatur pada rasio frekuensi sederhana, medan cahaya yang dihasilkan berdenyut secara periodik. Lalu, akan membentuk rantai hopfion yang muncul berulang pada setiap siklusnya.

Peneliti kemudian mengembangkan metode untuk membuat hopfion dengan kerumitan lebih tinggi. Dalam prosesnya, mereka bisa mengatur kekuatan topologinya. Yakni beberapa kali pola simpul internalnya melilit, bahkan membalik arah simpulnya hanya dengan menukar panjang gelombang cahaya.

Melalui simulasi, para ilmuwan menemukan bahwa medan cahaya yang dihasilkan memiliki kualitas topologi yang hampir sempurna saat diintegrasikan selama satu periode penuh.

Tak berhenti di situ, mereka juga merancang konsep kristal hopfion tiga dimensi sejati. Caranya adalah dengan menyusun array pemancar mini (emitter) yang diatur dengan fase dan polarisasi tertentu. 

Setelah itu, menembakkannya menggunakan dua warna cahaya berbeda. Hasilnya, kristal cahaya terbentuk secara alami dengan pola berselang-seling namun tetap teratur di seluruh struktur.

Berbeda dengan eksperimen hopfion sebelumnya yang hanya mengandalkan difraksi cahaya. Desain baru ini bekerja dalam domain ruang dan waktu secara bersamaan, menghasilkan pola stabil tanpa kehilangan bentuknya.

Para peneliti menyebut temuan ini sebagai “lahirnya kristal hopfion ruang-waktu”, sebuah terobosan yang dapat membuka jalan bagi pemrosesan informasi topologi yang padat, cepat, dan stabil. Tidak hanya dalam spektrum cahaya tampak, tetapi juga pada gelombang terahertz dan gelombang mikro. (Science Daily/Z-2)