Telah diketahui selama berabad-abad bahwa cahaya menunjukkan perilaku seperti gelombang dalam situasi tertentu. Beberapa material mampu memutar polarisasi, yaitu arah osilasi gelombang cahaya ketika cahaya melewati material. Properti ini digunakan dalam komponen sentral jaringan komunikasi optik yang dikenal sebagai “isolator optik” atau “dioda optik.” Komponen ini memungkinkan cahaya merambat ke satu arah tetapi menghalangi semua cahaya ke arah lainnya.
Dalam sebuah penelitian baru-baru ini, fisikawan Jerman dan India telah menunjukkan bahwa bahan dua dimensi ultra-tipis seperti tungsten diselenide dapat memutar polarisasi cahaya tampak beberapa derajat pada panjang gelombang tertentu di bawah medan magnet kecil yang cocok untuk digunakan pada chip. Para ilmuwan dari Universitas Münster, Jerman, dan Institut Pendidikan dan Penelitian Sains India (IISER) di Pune, India, telah mempublikasikan temuan mereka di jurnal Komunikasi Alam.
Salah satu permasalahan pada isolator optik konvensional adalah ukurannya yang cukup besar dengan ukuran berkisar antara beberapa milimeter hingga beberapa sentimeter. Akibatnya, para peneliti belum mampu menciptakan sistem optik terintegrasi mini pada sebuah chip yang sebanding dengan teknologi elektronik berbasis silikon sehari-hari. Chip optik terintegrasi saat ini hanya terdiri dari beberapa ratus elemen dalam sebuah chip.
Sebagai perbandingan, sebuah chip prosesor komputer mengandung miliaran elemen switching. Oleh karena itu, pekerjaan tim Jerman-India merupakan langkah maju dalam pengembangan isolator optik mini. Bahan 2D yang digunakan para peneliti hanya setebal beberapa lapisan atom sehingga seratus ribu kali lebih tipis dari rambut manusia.
“Di masa depan, material dua dimensi dapat menjadi inti isolator optik dan memungkinkan integrasi on-chip untuk teknologi optik dan komunikasi optik kuantum masa depan dan masa depan,” kata Prof Rudolf Bratschitsch dari Universitas Münster.
Prof Ashish Arora dari IISER menambahkan, “Bahkan magnet besar, yang juga diperlukan untuk isolator optik, dapat digantikan oleh magnet 2D yang atomnya sangat tipis.” Hal ini secara drastis akan mengurangi ukuran sirkuit terpadu fotonik.
Tim menguraikan mekanisme yang bertanggung jawab atas efek yang mereka temukan: Pasangan lubang elektron terikat, yang disebut eksiton, dalam semikonduktor 2D memutar polarisasi cahaya dengan sangat kuat ketika material ultra-tipis ditempatkan dalam medan magnet kecil.
Menurut Arora, “Melakukan eksperimen sensitif pada material dua dimensi tidaklah mudah karena area sampelnya sangat kecil.” Para ilmuwan harus mengembangkan teknik pengukuran baru yang sekitar 1,000 kali lebih cepat dibandingkan metode sebelumnya.