Os pesquisadores estão explorando uma nova geração de computadores que operam usando luz, ou fótons, em vez de correntes elétricas. Os sistemas que dependem da luz para armazenar e processar informações poderão um dia funcionar com muito mais eficiência e concluir cálculos com muito mais rapidez do que as máquinas convencionais.
A computação movida a luz ainda está em sua infância, e um dos maiores obstáculos técnicos é controlar o minúsculo fluxo de luz que viaja através de um chip. Redirecionar esses sinais microscópicos sem enfraquecê-los requer materiais cuidadosamente projetados. Para manter os sinais fortes, o hardware deve incluir um material leve que evite a entrada de luz difusa de qualquer direção. Um tal material é conhecido como “material bandgap isotrópico”.
Giromorfos descobertos na NYU
Cientistas da Universidade de Nova Iorque identificaram um novo material chamado “giromorfos” que responde a este desafio de forma mais eficaz do que qualquer outra estrutura conhecida. Os giromorfos combinam propriedades comumente associadas a líquidos e cristais, mas superam ambos na capacidade de bloquear a luz vinda de todos os ângulos. A descoberta, relatada na Physical Review Letters, introduz uma nova técnica para ajustar o comportamento óptico e pode ajudar a avançar no desenvolvimento de computadores fotônicos.
“Os giromorfos são diferentes de qualquer estrutura conhecida, pois sua composição única dá origem a um melhor material isotrópico de bandgap do que os métodos atuais”, disse Stefano Martiniani, professor assistente de física, química, matemática e neurociência e autor sênior do estudo.
Por que os materiais existentes são insuficientes
Durante décadas, os pesquisadores olharam para os quasicristais ao projetar materiais isotrópicos de bandgap. Propostas pela primeira vez pelos físicos Paul Steinhardt e Dov Levin na década de 1980 e posteriormente observadas por Dan Schechtman, essas estruturas seguem regras matemáticas, mas não se repetem como os cristais tradicionais.
Apesar de sua promessa, os quasicristais apresentam uma compensação observada pela equipe da NYU. Eles podem bloquear completamente a luz, mas apenas em direções limitadas. Alternativamente, eles podem enfraquecer a luz de todas as direções, mas não conseguem pará-la completamente. Essa limitação levou os cientistas a buscar alternativas que pudessem bloquear mais extensivamente a luz que degrada o sinal.
Engenharia de novos metamateriais
entre eles Carta de revisão física No estudo, os pesquisadores da NYU criaram “metamateriais”, que são estruturas projetadas cujas propriedades dependem de sua arquitetura e não de sua composição química. Um grande desafio no projeto desses materiais reside na compreensão de como seu arranjo leva ao comportamento físico desejado.
Para superar isso, a equipe desenvolveu um algoritmo capaz de gerar estruturas funcionais com desordem embutida. O trabalho deles revelou uma nova forma de “desordem relacional” que fica entre os extremos completamente ordenados e completamente aleatórios.
“Pense nas árvores de uma floresta – elas crescem em locais aleatórios, mas não completamente aleatórios porque geralmente estão a uma certa distância umas das outras”, explica Martiniani. “Este novo padrão, os giromorfos, combina características que acreditávamos serem incompatíveis e exibe uma função que ultrapassa todas as alternativas ordenadas, incluindo os quasicristais.”
Como os giromorfos adquirem suas habilidades únicas
Durante a análise, os cientistas observaram que cada componente isotrópico do bandgap exibe uma assinatura estrutural compartilhada.
“Queríamos tornar esta assinatura estrutural o mais pronunciada possível”, disse Matthias Casioulis, pós-doutorado no Departamento de Física da NYU e principal autor do artigo. “O resultado é uma nova classe de materiais – giromorfos – que combinam propriedades aparentemente incompatíveis.
“Isso ocorre porque os giromorfos não têm uma estrutura fixa e repetitiva como um cristal, o que lhes confere uma desordem semelhante a um líquido, mas, ao mesmo tempo, se você olhar para eles à distância, eles formam padrões regulares.
A pesquisa foi liderada por Aaron Shih, um estudante de pós-graduação da NYU, e foi apoiada pelo Simmons Center for Computational Physical Chemistry (839534) e pelo Air Force Office of Scientific Research (FA9550-25-1-0359).
