Peneliti di California Institute of Technology (Caltech) bikin perangkat mungil yang bisa mengarahkan ulang seberkas cahaya hanya dalam 74 femtodetik—setara 74 per satu kuadriliun detik. Sebagai gambaran, itu kira-kira waktu yang dibutuhkan cahaya untuk melintasi lebar sehelai rambut manusia. Menurut tim Caltech, terobosan ini membuka jalan buat komunikasi fotonik, komputasi, dan sensor yang jauh lebih cepat.
Seberapa cepat sih 74 femtodetik itu?
Satu femtodetik sama dengan sepersejuta miliar detik, atau satu per satu kuadriliun detik. Balik urutannya biar lebih kebayang: kalau satu femtodetik kamu regangkan jadi satu detik penuh, maka satu detik versi kita ikut memanjang jadi sekitar 31,7 juta tahun.
Bandingkan dengan teknologi pengarah cahaya sekarang. Perangkat yang mengandalkan sinyal listrik biasanya baru bisa memodulasi cahaya di skala nanodetik sampai pikodetik. Satu pikodetik masih 1.000 femtodetik, jadi 74 femtodetik kira-kira 13 kali lebih cepat dari batas satu pikodetik itu—dan puluhan ribu kali lebih cepat dibanding skala nanodetik.
Kenapa teknologi lama punya batas kecepatan
Contohnya panel liquid-crystal di proyektor dan chip optik di sistem telekomunikasi. Cara kerjanya sama: elektron didorong ke tingkat energi lebih tinggi, lalu jatuh kembali sambil melepaskan kelebihan energinya. Proses jatuh kembali itu butuh waktu. Di situlah sumbatannya, dan itu sebabnya modulasi cahaya biasanya mentok di skala nanodetik atau pikodetik.
Pendekatan baru: cahaya yang mengarahkan cahaya
Tim Caltech memilih jalan lain: menghapus kebutuhan sinyal listrik sama sekali. Mereka memakai satu berkas cahaya kuat yang disebut pump, dengan pola yang dirancang khusus, untuk sementara mengubah sifat optik sebuah material. Berkas kedua yang lebih lemah, disebut probe, lalu dilewatkan ke material yang sama. Arahnya berubah mengikuti pola berkas pump tadi.
Fenomena yang dipakai namanya efek Kerr optik. Saat berkas cahaya intensitas tinggi melewati material, indeks biasnya—ukuran seberapa besar cahaya melambat dan membelok saat menembus material—berubah sedikit, tapi cuma sebentar. Perubahan itu berasal dari pergeseran gerak elektron di dalam orbitalnya, area di sekitar inti atom tempat elektron punya peluang besar berada. Yang penting: elektronnya tidak didorong ke keadaan tereksitasi berumur panjang, sehingga efeknya bisa muncul dan hilang hampir secepat pulsa cahaya itu sendiri. Masalahnya, efek Kerr optik sendirian terlalu lemah untuk membelokkan berkas cahaya sejauh yang berguna di perangkat nyata.
Pilar silikon nano yang memperkuat efeknya
Solusinya meta-surface: lembaran sangat tipis yang direkayasa dalam skala nano. Lembaran ini dibuat dari film tipis silikon amorf dan permukaannya ditumbuhi pilar-pilar nano, masing-masing lebih kecil daripada panjang gelombang cahaya pump. Dengan mengatur ukuran dan jarak antar pilar, tim membuat cahaya bertahan sedikit lebih lama dan berputar-putar di dalam meta-surface alih-alih langsung lewat. Waktu interaksi tambahan itu memperkuat perubahan indeks bias di silikon, sampai cukup kuat membelokkan berkas probe.
Hasilnya, peneliti berhasil mengarahkan cahaya hingga sudut 13 derajat dalam waktu sesingkat 74 femtodetik. Kecepatan modulasinya dibatasi durasi pulsa pump—yang kebetulan juga 74 femtodetik.
“Mengarahkan cahaya dengan cahaya itu sangat menantang karena cahaya biasanya berinteraksi sangat lemah dengan materi. Dengan optical meta-surface, kami bisa menaikkan kekuatan interaksinya sehingga hal ini mungkin dilakukan dengan efisiensi yang jauh lebih tinggi,” kata Harry Atwater, Howard Hughes Professor of Applied Physics and Materials Science di Caltech.
Seberapa kecil chip-nya?
Perangkat ini digambarkan sebagai chip yang sangat mungil. Intinya adalah meta-surface dari film tipis silikon amorf dengan pilar-pilar nano yang masing-masing lebih kecil dari panjang gelombang cahaya pump. Sumber tidak menyebut dimensi dalam satuan milimeter, tapi skalanya jelas nano—beberapa orde lebih kecil dari komponen optik konvensional.
Mau dipakai di mana?
- Komunikasi fotonik. Cahaya bisa membawa data dalam jumlah besar dengan kecepatan luar biasa—itulah alasan teknologi fotonik diteliti untuk komunikasi yang lebih cepat.
- Komputasi fotonik. Prinsip yang sama dibutuhkan untuk komputer yang memproses informasi dengan cahaya, bukan listrik.
- Sensor super sensitif. Kemampuan mengarahkan cahaya dengan presisi dan sangat cepat juga berguna buat sensor yang menangkap perubahan kecil.
Kenapa ini penting buat internet dan data center
Data yang mengalir di internet sudah lama berbentuk cahaya di dalam serat optik. Tapi begitu paket data perlu diarahkan atau diatur, banyak sistem masih menyerahkan tugas itu ke komponen elektronik yang lebih lambat—dan ketidakcocokan kecepatan inilah yang jadi sumbatan. Perangkat baru Caltech mengarahkan cahaya sepenuhnya secara optik, tanpa sinyal listrik, dan itu membuka peluang switching yang jauh lebih cepat sekaligus lebih hemat.
Tim peneliti menegaskan batas kecepatan saat ini datang dari pulsa laser yang mengoperasikan sistem, bukan dari sifat dasar metamaterialnya. Artinya, prosesnya masih bisa dipacu lebih cepat lagi—sampai ke skala waktu yang relevan buat konsep fotonik eksperimental seperti time crystals dan material optik time-varying sintetis.
Sumber
- ScienceDaily, “Caltech’s tiny new chip can steer light in 74 quadrillionths of a second”, 18 September 2026. Materi sumber: Caltech.
- Makalah: Claudio U. Hail, Lior Michaeli, Harry A. Atwater, “Ultrafast, reconfigurable all-optical beam steering and spatial light modulation”, Nature Nanotechnology, 2026; 21 (7): 940. DOI: 10.1038/s41565-026-02199-w. Hail penulis utamanya dan kini asisten profesor teknik mesin di UC Berkeley; Michaeli kini asisten profesor teknik elektro dan komputer di Tel Aviv University.
