Gyromorfi: Inovații în materialele bazate pe lumină pentru computere
Într-o descoperire revoluționară, cercetătorii de la Universitatea New York au dezvăluit un nou tip de material numit gyromorfi, care îmbină trăsăturile lichidelor și cristalelor pentru a îmbunătăți semnificativ eficiența calculatoarelor bazate pe lumină. Acest tip de computere, care utilizează fotoni în loc de electricitate, promite să ofere o eficiență energetică mai mare și viteze de calcul superioare celor tradiționale.
Cu toate acestea, un obstacol major în dezvoltarea acestor computere este dificultatea de a redirecționa semnalele de lumină microscopice pe un cip, menținând în același timp puterea semnalului. Această problemă este fundamental una de design al materialelor, având nevoie de un material ușor care să blocheze lumina din toate direcțiile, cunoscut sub numele de material cu bandgap izotropic.
Cercetările recente au identificat gyromorfii ca fiind soluția ideală, deoarece aceștia depășesc toate celelalte structuri cunoscute în ceea ce privește blocarea luminii din toate unghiurile. Stefano Martiniani, profesor asistent de fizică, chimie, matematică și științe neuronale, și autor principal al articolului publicat în revista Physical Review Letters, subliniază unicitatea acestor structuri: „Gyromorfi sunt diferiți de orice structură cunoscută, având un potențial mai bun pentru materialele cu bandgap izotropic comparativ cu metodele actuale.”
În procesul de proiectare a acestor materiale, cercetătorii au fost inspirați de quasicristale, care au fost concepute inițial în anii ’80. Quasicristalele au o ordine matematică în structură, dar nu se repetă precum cristalele obișnuite. Din păcate, ele prezintă un compromis nefericit: blochează lumina complet, dar din câteva direcții sau atenuează lumina din toate direcțiile, fără a o bloca complet. Aceasta a dus la căutarea unor materiale alternative care să potențeze semnalele fără a le diminua.
Prin crearea de metamateriale, care sunt materiale ingenios concepute cu proprietăți ce derivă din structură, cercetătorii au întâmpinat o provocare: trebuie să înțeleagă cum această structură dă naștere la proprietăți fizice dorite. Pentru a depăși aceste provocări, echipa a dezvoltat un algoritm capabil să proiecteze structuri dezordonate care să fie funcționale.
„Imaginați-vă copacii dintr-o pădure: aceștia cresc în poziții aleatorii, dar nu complet aleatorii, deoarece au în general o distanță specifică între ei,” a explicat Martiniani. „Acest nou model, gyromorfi, combină trăsături pe care le-am crezut incompatibile și demonstrează o funcționalitate care depășește toate alternativele ordonate, inclusiv quasicristalele.”
Prin acest studiu, echipa a descoperit că fiecare material cu bandgap izotropic avea o semnătură structurală comună. „Ne-am dorit să facem această semnătură structurală cât mai pronunțată posibil,” a adăugat Mathias Casiulis, cercetător postdoctoral în Departamentul de Fizică al NYU și autor principal al lucrării. „Rezultatul a fost o nouă clasă de materiale—gyromorfi—care reconcilează trăsături aparent incompatibile.”
Gyromorfi nu au o structură fixă și repetitivă ca un cristal, ceea ce le conferă un dezordine lichidă, dar, privite de la distanță, formează modele regulate. Aceste proprietăți colaborează pentru a crea bandgapuri pe care undele de lumină nu le pot penetra din nicio direcție, indicând un pas semnificativ înainte în dezvoltarea dispozitivelor fotonice eficiente.
Această cercetare a fost realizată de o echipă diversă, incluzându-l și pe Aaron Shih, un student absolvent la NYU, demonstrând importanța colaborării în știința modernă.
