Os pesquisadores estão explorando uma nova geração de computadores que funcionam com luz, ou fótons, em vez de corrente elétrica. Os sistemas que dependem da luz para armazenar e processar informações poderão um dia funcionar com mais eficiência e concluir cálculos mais rapidamente do que as máquinas tradicionais.
A computação baseada em luz ainda está em seus estágios iniciais, e um dos principais obstáculos técnicos envolve o controle do minúsculo fluxo de luz através do chip. Redirecionar esses sinais microscópicos sem enfraquecê-los requer materiais cuidadosamente projetados. Para manter o sinal forte, o hardware deve conter materiais leves para evitar a entrada de luz difusa de qualquer direção. Este tipo de material é chamado de “material bandgap isotrópico”.
NYU descobre giromorfos
Cientistas da Universidade de Nova York descobriram uma nova classe de materiais chamados “giromorfos” que atendem a esse desafio de forma mais eficaz do que qualquer outra estrutura conhecida. Os cristais giroscópicos combinam características tipicamente associadas a líquidos e cristais, mas a sua capacidade de bloquear a luz incidente de todos os ângulos excede ambos. A descoberta, relatada na Physical Review Letters, introduz uma nova estratégia para ajustar o comportamento óptico que poderia ajudar a avançar no desenvolvimento de computadores fotônicos.
“A estrutura única do giroscópio é diferente de qualquer estrutura conhecida e pode produzir melhores materiais isotrópicos de bandgap do que os métodos existentes”, disse Stefano Martiniani, professor assistente de física, química, matemática e neurociência e autor sênior do estudo.
Por que os materiais existentes não atendem aos requisitos
Durante décadas, os pesquisadores se concentraram em quasicristais ao projetar materiais isotrópicos de bandgap. Estas estruturas, propostas pela primeira vez pelos físicos Paul Steinhardt e Dov Levine na década de 1980 e posteriormente observadas por Dan Schechtman, seguem regras matemáticas, mas não são repetitivas como os cristais tradicionais.
Apesar desta promessa, a equipe da NYU aponta que os quasicristais também apresentam uma compensação. Eles podem bloquear completamente a luz, mas apenas em direções limitadas. Alternativamente, eles podem atenuar a luz vinda de todas as direções, mas não bloqueá-la completamente. Essa limitação levou os cientistas a procurar alternativas que bloqueiem de forma mais abrangente a luz atenuadora de sinal.
Engenharia de novos metamateriais
em seu Cartas de revisão física No estudo, os pesquisadores da NYU criaram “metamateriais”, que são estruturas projetadas cujas propriedades dependem de sua estrutura e não de sua composição química. Um grande desafio no projeto desses materiais é entender como sua disposição leva ao comportamento físico desejado.
Para superar esse problema, a equipe desenvolveu um algoritmo capaz de gerar estruturas funcionais com desordem embutida. O seu trabalho revela uma nova forma de “desordem correlacionada” que se situa entre os extremos da ordem completa e da aleatoriedade completa.
“Pense nas árvores de uma floresta – elas crescem em locais aleatórios, mas não totalmente aleatoriamente porque geralmente estão a alguma distância umas das outras”, explica Martignani. “Este novo modelo, o giroscópio, combina propriedades que pensávamos serem incompatíveis e demonstra superar todas as alternativas ordenadas, incluindo os quasicristais.”
Como o Gyroform alcança suas habilidades únicas
Durante a análise, os cientistas observaram que cada material isotrópico de bandgap exibia características estruturais comuns.
“Queríamos tornar esta característica estrutural o mais óbvia possível”, disse Mathias Casiulis, pesquisador de pós-doutorado no Departamento de Física da NYU e autor principal do artigo. “O resultado é um novo tipo de material – um giromorfo – capaz de conciliar propriedades aparentemente incompatíveis.
“Isso ocorre porque os topos não têm uma estrutura repetitiva fixa como os cristais, 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. Essas propriedades trabalham juntas para criar uma lacuna de banda que as ondas de luz não conseguem penetrar de qualquer direção.”
A pesquisa também incluiu o estudante de graduação da NYU Aaron Shih e foi apoiada pelo Simmons Center for Computational Physical Chemistry (839534) e pelo Air Force Office of Scientific Research (FA9550-25-1-0359).
