Orasi Ilmiah Guru Besar Institut Teknologi Bandung: Nanofotonika: Sains dan Teknologi Berbasis Cahaya pada Ukuran Sepermiliar Meter

Description

Sejak jaman purbakala, manusia telah berupaya meningkatkan kesejahteraan dan kenyamanan hidupnya dengan menggunakan berbagai sarana, termasuk menggunakan cahaya. Dalam 70 tahun terakhir, terutama sejak penemuan LASER (light amplification by stimulated emission radiation), terjadi kemajuan pesat dalam pemanfaatan cahaya untuk kepentingan manusia. Teknologi berbasis cahaya telah merambah berbagai bidang yang berkaitan dengan kehidupan kita, termasuk komunikasi, kedokteran dan biologi, serta pertahanan.

Tuntutan teknologi masa depan terus meningkat dengan karakteristiknya: miniaturisasi, efisiensi, dan fungsionalitas tinggi, menyebabkan desain devais berbasis cahaya saat ini telah mencapai tingkat ukuran nanometer. Skala ukuran satu nanometer adalah sepermiliar meter. Untuk mengoptimalkan pemanfaatan cahaya pada skala ini, pemahaman ilmiah yang mendalam sangat diperlukan. Sebagai seorang Fisikawan, kami berkontribusi dalam menguasai ilmu pengetahuan dan menggali pemanfaatan fenomena cahaya pada skala ukuran nanometer ini yang dikenal sebagai bidang keilmuan nanofotonik.

Mengingat pengembangan ilmu fisika yang selalu dimulai dari prinsip dasar, demikian pula eksplorasi kami tentang perilaku cahaya pada skala nanometer dimulai dari memahami sifat dan respons dari bangun dasar berbentuk sistem periodik yang dikenal sebagai Kristal Fotonik. Disamping itu, secara khusus, kami juga mempelajari interaksi gelombang elektromagnetik dengan logam, yang memiliki sifat khas dalam bentuk resonansi Plasmon Permukaan (Surface Plasmon Resonance, SPR). Resonansi Plasmon Permukaan ini memiliki sifat karakteristik berupa spektrum dan ukuran spatial yang tajam. Karena respons karakteristik ini sangat dipengaruhi oleh sifat fisis lingkungan, berbagai pemahaman baru dan aplikasi berbasis resonansi Plasmon Permukaan telah kami dikembangkan. Cabang ilmu ini dinamakan Plasmonik.

Dalam perjalanan perancangan berbagai devais nanofotonik berbasiskan Kristal Fotonik dan logam di atas, kami telah memperkaya ilmu pengetahuan nanofotonik ini. Diantaranya adalah memberikan pemahaman yang lebih baik atas peristiwa pembendungan energi pada suatu rongga dan kaitannya dengan perumusan gelombang Bloch, serta pengusulan sebuah skema penggabungan keadaan optik (photonic state mixing) yang lebih kaya daripada teori hibridisasi resonansi Plasmon (Plasmon Hybridization) yang telah dikenal.

Interaksi gelombang elektromagnetik dengan suatu struktur devais tidak lain adalah sebuah peristiwa hamburan. Dalam hal ini, ada dua cara perumusan. Pertama sebagai perumusan eksplisit gelombang hambur dalam analisis Hamburan Mie. Kedua sebagai rumusan hamburan implisit, menggunakan matriks hamburan. Melalui analisis hamburan Mie berbagai aplikasi kami temukan, mulai dari sistem pengindera (sensor) sampai sistem pencitra (imaging) dan sistem layar (display). Sedangkan rumusan matriks hamburan dipergunakan dalam analisis sistem terintegrasi.

Untuk meningkatkan fungsionalitas dari devais yang dirancang, beberapa hal telah kami lakukan. Pertama, menambahkan cacat atau merusak simetri dari sistem; kedua, mempergunakan sifat nonlinieritas dari materi yang dipakai; dan ketiga, menggandengkan satu devais dengan devais lainnya menjadi devais terintegrasi. Dalam kaitan peningkatan fungsionalitas ini, kami menghasilkan beberapa rancangan komponen dasar devais berbasis optik. Diantaranya adalah devais penapis (filtering), devais pengindera (sensing) non-konvensional, devais saklar optik serta devais terintegrasi untuk komunikasi.

Beberapa metoda telah kami gunakan dan kembangkan untuk penambahan ilmu dan perancangan aplikasi baru yang diuraikan di atas. Metoda-metoda tersebut diantaranya adalah metoda transfer matriks, metoda tensor Green dengan perumusan Dyson dan fungsi Green skalar, metoda hamburan Mie dengan basis fungsi harmonik bola vektor, serta metoda algoritma genetik.