Memutar Berkas Cahaya dengan Semikonduktor

Gelombang cahaya dapat berayun dalam berbagai arah – kurang lebih seperti dawai yang dapat bergetar atas bawah atau kiri kanan – tergantung arah yang ia pilih. Hal ini disebut polarisasi cahaya. Fisikawan di Universitas Teknologi Wina sekarang telah, bersama dengan para peneliti dari Universitas Wurzburg, mengembangkan metode mengendalikan dan memanipulasi polarisasi cahaya menggunakan lapisan bahan semikonduktor ultra tipis.

Untuk penelitian masa depan pada cahaya dan polarisasinya, hal ini merupakan langkah penting – dan terobosan ini bahkan dapat membuka kemungkinan teknologi komputer yang sepenuhnya baru. Eksperimen ini dapat dilihat sebagai versi optis dari transistor elektronik. Hasil eksperimen ini sekarang diterbitkan dalam jurnal Physical Review Letters.

Mengendalikan cahaya dengan medan magnet

Polarisasi cahaya dapat berubah, ketika ia dilewatkan pada bahan dengan medan magnet kuat. Fenomena ini disebut efek Faraday. “Walau begitu, sejauh ini efek Faraday hanya diamati pada bahan dengan sangat lemah” kata professor Andrei Pimenov. Ia melakukan eksperimennya di Institut Fisika Keadaan Padat di UT Wina, bersama dengan asistennya Alexey Shuvaev. Menggunakan cahaya dari panjang gelombang dan tepat dan semikonduktor yang sangat bersih, para ilmuan di Wina dan Wurzburg dapat mencapai efek Faraday dengan orde kekuatannya lebih kuat dari yang pernah diukur sebelumnya.

Sekarang gelombang cahaya dapat diputar ke arah manapun – arah polarisasi dapat disetel dengan medan magnet luar. Mengejutkannya, lapisan ultra tipis kurang dari seperseribu milimeter cukup untuk melakukan ini. “Lapisan tipis demikian yang dibuatdari bahan lain hanya dapat mengubah arah polarisasi sepersekian dari satu derajat saja,” kata professor Pimenov. Bila berkas cahaya kemudian dikirim melewati sebuah penyaring polarisasi, yang hanya memungkinkan cahaya dari arah polarisasi tertentu yang bisa lewat, para ilmuan dapat, dengan memutar arah dengan benar, memutuskan apakah berkas tersebut harus lewat atau tidak.

Kunci efek mengagumkan ini berada dalam perilaku elektron dalam semikonduktor. Berkas cahaya mengayun elektronnya, dan medan magnet menolak gerakan bergetarnya. Gerakan rumit elektron ini pada gilirannya mempengaruhi berkas cahaya dan mengubah arah polarisasinya.

Sebuah transistor optik

Dalam eksperimen, sebuah lapisan semikonduktor raksa telurida dipancari dengan cahaya dalam jangkauan spektrum inframerah. “Cahaya ini memiliki frekuensi dalam domain terahertz – frekuensi yang diduga akan digunakan dalam komputer masa depan,” kata professor Pimenov. “Selama bertahun-tahun, laju jam komputer tidak terlalu meningkat, karena domainnya sudah terlampaui, dimana sifat bahan sudah tidak mampu membantu lagi.” Solusi yang mungkin adalah mengganti rangkaian elektroniknya dengan elemen optik. Dalam transistor, elemen dasar elektronika, arus listrik dikendalikan oleh sinyal luar. Dalam eksperimen di UT Wina, berkas cahaya dikendalikan dengan medan magnet luar. Kedua sistem sangat mirip. “Kita dapat menyebut sistem kami transistor-cahaya,” saran Pimenov.

Sebelum rangkaian optik untuk komputer dapat dipertimbangkan, efek yang baru ditemukan akan terbukti berguna untuk penelitian lebih lanjut. Dalam laboratorium optik, ia akan berperan penting dalam penelitian bahan baru dan fisika cahaya.

Sumber berita:

Vienna University of Technology.

Referensi jurnal:

A. Shuvaev, G. Astakhov, A. Pimenov, C. Brüne, H. Buhmann, L. Molenkamp. Giant Magneto-Optical Faraday Effect in HgTe Thin Films in the Terahertz Spectral Range. Physical Review Letters, 2011; 106 (10) DOI: 10.1103/PhysRevLett.106.107404