Para peneliti secara aktif mengembangkan komputer berbasis cahaya —sistem yang menggunakan foton, bukan elektron, untuk penyimpanan dan komputasi data. Komputer inovatif ini menjanjikan peningkatan efisiensi energi secara signifikan dan kecepatan pemrosesan yang lebih cepat dibandingkan dengan perangkat elektronik tradisional. Namun, kendala utama dalam pengembangannya adalah mengendalikan sinyal cahaya di dalam microchip komputer, meminimalkan kehilangan sinyal saat disalurkan. Kemacetan ini berasal dari kebutuhan mendasar akan material khusus.
Tantangan Bahan Celah Pita Isotropik
Komputer masa depan ini memerlukan material yang mampu menghalangi cahaya asing dari segala arah, kualitas yang dikenal sebagai celah pita isotropik. Hal ini mencegah cahaya yang tidak diinginkan mengganggu sinyal cahaya yang halus, memastikan perhitungan tetap akurat dan efisien. Masalahnya terletak pada perancangan bahan-bahan tersebut—sebuah tugas rumit dalam ilmu bahan.
Memperkenalkan Gyromorph: Desain Material Baru
Para ilmuwan di Universitas New York telah mengumumkan penemuan gyromorph, sebuah material inovatif yang secara unik menggabungkan karakteristik cairan dan kristal. Penelitian yang diterbitkan dalam Physical Review Letters, menunjukkan bahwa gyromorph mengungguli material yang ada dalam kemampuannya memblokir cahaya dari semua sudut.
“Gyromorph itu unik,” kata Stefano Martiniani, asisten profesor di NYU dan penulis senior studi tersebut. “Riasannya yang tidak biasa memberikan bahan celah pita isotropik yang lebih baik daripada yang dimungkinkan oleh pendekatan saat ini.”
Pencarian Quasicrystals dan Keterbatasannya
Dalam pencarian bahan celah pita isotropik yang efektif, para peneliti sebelumnya telah mengeksplorasi quasicrystals. Pertama kali diteorikan oleh fisikawan Paul Steinhardt dan Dov Levine pada tahun 1980an dan kemudian diamati secara eksperimental oleh Dan Schechtman (yang menerima Hadiah Nobel Kimia tahun 2011), quasicrystals memiliki tatanan matematis, namun tidak memiliki pola berulang seperti yang ditemukan pada kristal tradisional.
Namun, quasicrystals menghadirkan tantangan: mereka memblokir cahaya hanya dari beberapa arah atau melemahkan sebagian cahaya dari segala arah. Pertukaran ini mendorong penyelidikan lanjutan terhadap desain material alternatif.
Struktur Rekayasa dan Kekuatan Kekacauan
Tim NYU menggunakan metamaterial, struktur rekayasa yang sifat-sifatnya ditentukan oleh desainnya, bukan oleh komposisi kimianya. Namun, menciptakan metamaterial secara efektif memerlukan pemahaman bagaimana struktur menentukan sifat material.
Untuk mengatasi rintangan ini, para peneliti mengembangkan algoritma untuk merancang struktur tidak teratur yang fungsional. Hal ini mengarah pada penemuan bentuk baru kekacauan berkorelasi – materi yang tidak sepenuhnya teratur atau tidak teratur.
“Bayangkan pohon-pohon di hutan,” jelas Martiniani. “Mereka tumbuh pada posisi acak, namun tidak sepenuhnya acak karena biasanya berada pada jarak tertentu satu sama lain.” Pola baru ini, gyromorph, menggabungkan fitur-fitur yang sebelumnya dianggap tidak kompatibel, mengungguli alternatif terurut, termasuk quasicrystals.
Tanda Tangan Struktural Umum
Para peneliti mengamati bahwa setiap bahan celah pita isotropik yang diketahui memiliki ciri struktural yang sama.
“Kami ingin membuat tanda struktural ini sejelas mungkin,” tambah Mathias Casiulis, rekan pascadoktoral dan penulis utama makalah tersebut. “Hasilnya adalah kelas material baru—gyromorph—yang menggabungkan fitur-fitur yang tampaknya tidak kompatibel.”
Cara Kerja Gyromorph
Gyromorph tidak memiliki struktur kristal yang tetap dan berulang, sehingga menghasilkan kelainan seperti cairan. Pada saat yang sama, jika dilihat dari kejauhan, mereka menunjukkan pola yang teratur. Gabungan sifat-sifat ini menciptakan celah pita yang tidak dapat ditembus oleh gelombang cahaya dari segala arah. Penelitian ini juga melibatkan Aaron Shih, seorang mahasiswa pascasarjana NYU.
Gyromorph mewakili langkah signifikan menuju realisasi potensi komputasi berbasis cahaya, menawarkan pendekatan baru untuk mengendalikan sinyal cahaya dalam chip komputer.
Kesimpulannya, penemuan gyromorph memberikan jalan baru untuk menciptakan material generasi berikutnya yang penting untuk komputer berbasis ringan, yang berpotensi merevolusi teknologi komputasi dengan peningkatan efisiensi dan kecepatan. Kombinasi unik antara sifat cair dan kristal menawarkan strategi baru untuk mengontrol sinyal cahaya secara tepat, membuka jalan bagi perangkat optik canggih dan kemampuan komputasi yang lebih kuat.
