Perpustakaan Digital ITB

Sains optik memainkan peranan yang sangat penting dalam berbagai teknologi modern yang ada saat ini. Berbagai cara untuk mengendalikan dinamika cahaya, khususnya yang melibatkan fenomena hamburan, dibutuhkan untuk meningkatkan fungsionalitas dari berbagai teknologi tersebut. Diantara cara yang populer digunakan oleh para peneliti dalam dua dekade terakhir adalah dengan memanfaatkan metamaterial. Berbagai fenomena menarik telah ditemukan dari riset metamaterial dan peluang-peluang aplikasinya telah direalisasikan. Saat ini riset metamaterial menghadapi tantangan baru yaitu pencarian terhadap struktur yang memiliki sifat tunable. Beberapa saran telah diajukan untuk menghasilkan metamaterial bersifat tunable namun memiliki mekanisme yang kurang user-friendly apabila diterapkan untuk aplikasi sehari-hari. Penelitian ini didedikasikan untuk mengembangkan sistem metamaterial dengan struktur sederhana yang sifat tunabilitasnya dapat diatur dengan cara yang juga lebih sederhana dan lebih mudah untuk diadaptasi oleh industri di bidang optik. Secara khusus, dalam penelitian ini dirancang suatu sistem metamaterial yang dibangun berdasarkan partikel-partikel silindris yang disusun secara periodik. Penelitian dilakukan secara analitik, yaitu dengan menurunkan solusi gelombang elektromagnetik pada sistem tersebut yang selanjutnya diadaptasi ke dalam suatu program perhitungan komputer. Pada tahapan awal penelitian dilakukan benchmark untuk memastikan bahwa metode penelitian yang digunakan memberikan kesesuaian dengan hasil-hasil yang telah dikenal baik. Selain itu, pada tahap awal penelitian juga dilakukan survei untuk menentukan jenis material yang lebih baik untuk digunakan dalam membangun sistem metamaterial yang unggul. Penelitian kemudian dilanjutkan dengan mengembangkan suatu sistem metamaterial berdasarkan survei yang telah dilakukan pada tahapan awal penelitian. Selanjutnya dilakukan optimasi-optimasi terhadap parameter geometri dan optik sistem untuk memperoleh karakteristik metamaterial yang diinginkan. Hasil penelitian awal menunjukkan bahwa struktur nanotube dengan susunan teras (core) dielektrik yang diselubungi lapisan perak akan menghasilkan resonansi pada beberapa panjang gelombang tertentu dalam kurva ekstingsi. Kemunculan puncak-puncak resonansi ini sesuai dengan teori hibridisasi plasmon yang telah dikenal baik. Selain itu, pergeseran posisi teras, yang menyebabkan nanotube menjadi berbentuk non-koaksial, akan menghasilkan juga puncak resonansi tambahan pada kurva ekstingsi. Hal ini juga telah dikenal baik dalam teori multipolar mixing. Uniknya, manakala struktur nanotube tersebut berbentuk non-koaksial akan dihasilkan pola hamburan cahaya yang bersifat direktif dan intensitasnya bergantung pada sudut masuk dari cahaya datang. Kebergantungan intensitas terhadap sudut masuk cahaya datang ini belum pernah dilaporkan sebelumnya. Penemuan ini mengimplikasikan bahwa struktur tersebut dapat digunakan untuk aplikasi pengindraan arah aliran cahaya. Lebih lanjut, mekanisme pengindraan tersebut dapat bekerja pada panjang gelombang yang berbeda dengan mengatur permitivitas dari material teras. Namun demikian, mekanisme yang bekerja pada sistem dengan bahan logam ini hanya dapat bekerja dengan baik di sekitar partikel logam tersebut saja dan oleh karenanya kurang baik untuk diterapkan dalam suatu aplikasi yang bekerja pada wilayah far-field. Berdasarkan alasan ini maka penelitian berikutnya dilanjutkan dengan mengubah material-material nanotube menjadi dielektrik seluruhnya. Penelitian berikutnya dengan partikel dielektrik silindris menunjukkan dihasilkannya resonansi jamak pada kurva penampang hamburan sebagai akibat terbangkitkannya modus-modus resonansi Mie. Fenomena ini telah dikenal baik di bidang meta-optics. Namun demikian, efek sudut masuk cahaya datang terhadap pola hamburan dan sifat polarisasi gelombang hambur yang dihasilkan oleh nanorod dielektrik belum pernah dilaporkan sebelumnya. Dalam penelitian ini ditemukan bahwa pada sudut masuk tertentu, untuk cahaya datang dengan polarisasi transverse electric, akan dihasilkan pola hamburan berbentuk quadrupol. Uniknya, dengan melakukan dekomposisi terhadap polarisasi gelombang hambur ditemukan bahwa quadrupol tersebut sebenarnya merupakan gabungan dua buah dipol yang saling ortogonal, yakni dipol elektrik dan dipol magnetik. Hal ini berarti dapat dilakukan pembagian polarisasi cahaya dari yang awalnya terpolarisasi transverse electric menjadi sebagian terpolarisasi transverse magnetic melalui pengaturan sudut masuk cahaya datang. Setelah melihat potensi yang dimiliki oleh partikel dielektrik silindris maka penelitian dilanjutkan ke pengembangan sistem tunable metasurface dengan cara menyusun partikel-partikel tersebut secara periodik menjadi sistem meta-lattice. Ditemukan bahwa sistem meta-lattice tersebut dapat diatur bersifat transparan atau reflektif melalui pengaturan periodisitas optik dalam sistem. Hal ini belum pernah dilaporkan sebelumnya dan lebih sederhana bila dibandingkan dengan metode tuning lain seperti penarikan mekanik, pemanasan termal, atau induksi elektrik. Bahkan, fenomena switching dalam sistem meta-lattice tersebut bisa dicapai dengan menggunakan material yang memiliki indeks bias rendah. Dari penelitian diketahui bahwa, walaupun digunakan material dengan indeks bias rendah, fenomena tersebut dapat terjadi akibat gelombang-gelombang hambur dalam sistem berada dalam keadaan sefasa dan menghasilkan medan polarisasi yang kuat. Keadaan fasa dari gelombang-gelombang hambur itu pun dapat diatur melalui periodisitas optik sistem. Ini pun merupakan hal baru yang belum pernah dilaporkan sebelumnya. Secara khusus, sifat ini akan bermanfaat untuk pengembangan transflective liquid crystal display (TLCD). Hal ini penting mengingat pengembangan TLCD saat ini terhambat utamanya akibat sifat kebanyakan transflektor yang menyerupai half-mirror. Selain itu juga belum ada penelitian yang mengembangkan metasurface untuk aplikasi TLCD.