teknologi metamaterial

Masih ingat dengan jubah gaib Harry Potter? Jubah warisan ayah penyihir asal Inggris tersebut menjadi ajaib karena kemampuannya menjadikan si pemakai jubah tidak keliatan. Sekarang, jubah gaib tidak lagi hanya ada dalam khayalan. Para peneliti telah mengembangkan metamaterial, bahan yang dapat membelokkan cahaya sehingga memungkinkan pemakai jubah ‘menghilang’ dalam udara.

Untuk pertama kalinya, tim peneliti University of California, Berkeley membuat metamaterial tersebut dalam struktur tiga dimensi. Material sejenis yang dikembangkan sebelum ini baru sanggup dibuat dalam struktur dua dimensi yang sangat tipis dan hanya dapat dibuktikan melalui pada riset laboratorium.

Apakah Metamaterial itu?

Metamaterial adalah material-material buatan yang tidak tersedia dalam alam. David Stubbe dalam artikelnya pada Berkeley Science Review menganalogikan material biasa sebagai bongkahan semen seukuran Manhattan, yang terbuat dari substansi-substansi yang kurang lebih sama. Lalu ia membandingkan dengan Manhattan yang sebenarnya sebagai metamaterial, di mana bongkahan semen tersebut disusun kembali menjadi bangunan dengan struktur tata kota tertentu. Walaupun sama-sama terdiri dari semen, sebuah kota dengan gedung pencakar langit memiliki substruktur yang lebih kompleks dari bongkahan semen. Sebagai hasilnya, karakteristik keduanya juga berbeda.

Komposit Metamaterial yang hanya bisa dilihat dengan mikroskop

Model Metamaterial yang dibuat dalam bentuk yang besar

Gambar kiri adalah skema yang pertama 3-D “jala” metamaterial yang dapat mencapai indeks bias negatif pada frekuensi optik. Sedangkan gambar kanan adalah gambar mikroskop pemindaian elektron dari struktur yang direkayasa, yang dikembangkan oleh ilmuwan dari Universitas Berkeley. Bentuk lapisan alternating circuits kecil yang dapat membelokkan cahaya ke belakang. (Jason Valentine / UC Berkeley)

Dengan mengganti semen dengan tembaga dan bangunan dengan kumparan dan kawat, kemudian menyusutkannya menjadi sekitar sepermilyar, itulah dasar dari metamaterial. Substruktur dari metamaterial (pengaturan dan ukuran kumparan dan kawat) itulah yang krusial. Ketika gelombang cahaya atau gelombang suara melalui struktur tersusun yang jauh lebih kecil daripada panjang gelombangnya (jarak antara satu gelombang dengan yang lainnya), gelombang melewati struktur tersebut seolah-olah

struktur tersebut sama, tetapi dengan properties yang berbeda dari material konstituen. Pada akhirnya, gelombang tidak mengetahui adanya substruktur yang terpisah dan ‘melihat’ material yang sama sekali baru.

Metamaterial bertugas sebagai media pembelok cahaya, sehingga benda tiga dimensi yang dilapisi metamaterial tidak akan tertangkap oleh mata.

Sebuah ilustrasi tentang bagaimana ikan dalam air terlihat oleh pengamat, dengan garis merah yang menandai pembiasan cahaya dan garis-garis ungu mewakili jalan menuju tempat ikan terlihat, yang ditampilkan di atas lokasi yang sebenarnya.

Metamaterial yang dikembangkan dalam komando Prof. Xiang Zhang ini membiarkan gelombang radio dan cahaya yang mengenainya untuk terus mengalir, bukannya dipantulkan. Seperti aliran air di sekitar batuan yang menonjol di permukaan sungai. Cahaya yang jatuh di atasnya selalu dibelokkan sehingga tak pernah memantul. Oleh karena itu, bayangan si pemakai jubah berbahan metamaterial ini seperti tidak terlihat oleh mata. Sesuai hukum fisika, benda hanya terlihat oleh mata jika terdapat cahaya yang dipantulkan benda dan jatuh ke retina mata.

Jika dikonstruksikan dengan benar, metamaterial dapat mencapai indeks refraksi negatif. Saat gelombang elektromagnetik seperti cahaya bergerak dari indeks medium yang rendah ke indeks medium yang lebih tinggi, gelombang tersebut belok menuju garis perpendikuler ke permukaan. Namun, jika cahaya memasuki material berindeks negatif, gelombang berbelok ke arah yang berlawanan, seolah-olah dipantulkan di luar garis perpendikuler.

Contoh Fiber Metamaterial yang akan disisipkan ke dalam pakaian

Dalam studi yang telah dipublikasikan pada majalah Nature, tim ini membelokkan sinar merah menggunakan stack yang terdiri dari 21 layer yang terbuat dari perak dan magnesium florida yang berbentuk jaring ikan. Masing-masing layer memiliki ketebalan sekitar 10 nanometer.

Berikut ini adalah contoh cara kerja Metamaterial yang sudah disisipkan dalam Jaket (Dan ini bukan rekayasa Photoshop!) :