Los investigadores están explorando una nueva generación de computadoras que funcionan usando luz o fotones, en lugar de corrientes eléctricas. Los sistemas que dependen de la luz para almacenar y procesar información algún día podrán funcionar de manera mucho más eficiente y completar cálculos mucho más rápido que las máquinas convencionales.
La informática alimentada por luz está todavía en su infancia y uno de los principales obstáculos técnicos es controlar el diminuto flujo de luz que viaja a través de un chip. Redirigir estas señales microscópicas sin debilitarlas requiere materiales cuidadosamente diseñados. Para mantener las señales fuertes, el hardware debe incluir un material ligero que impida la entrada de luz parásita desde cualquier dirección. Un material de este tipo se conoce como “material de banda prohibida isotrópica”.
Descubrimiento de giromorfos en la Universidad de Nueva York
Los científicos de la Universidad de Nueva York han identificado un nuevo material llamado “giromorfos” que enfrenta este desafío de manera más efectiva que cualquier otra estructura conocida. Los giromorfos combinan propiedades comúnmente asociadas con líquidos y cristales, pero superan a ambos en su capacidad para bloquear la luz proveniente de todos los ángulos. El descubrimiento, publicado en Physical Review Letters, introduce una nueva técnica para ajustar el comportamiento óptico y podría ayudar a avanzar en el desarrollo de computadoras fotónicas.
“Los giromorfos se diferencian de cualquier estructura conocida en que su composición única da lugar a un mejor material de banda prohibida isotrópica que los métodos actuales”, dijo Stefano Martiniani, profesor asistente de física, química, matemáticas y neurociencia y autor principal del estudio.
Por qué los materiales existentes se quedan cortos
Durante décadas, los investigadores han recurrido a los cuasicristales al diseñar materiales de banda prohibida isotrópica. Propuestas por primera vez por los físicos Paul Steinhardt y Dov Levin en la década de 1980 y observadas más tarde por Dan Schechtman, estas estructuras siguen reglas matemáticas pero no se repiten como los cristales tradicionales.
A pesar de su promesa, los cuasicristales conllevan una compensación señalada por el equipo de la Universidad de Nueva York. Pueden bloquear la luz por completo, pero sólo en direcciones limitadas. Alternativamente, pueden debilitar la luz desde todas las direcciones pero no lograr detenerla por completo. Esta limitación ha llevado a los científicos a buscar alternativas que puedan bloquear más ampliamente la luz que degrada la señal.
Ingeniería de nuevos metamateriales
entre ellos carta de revisión física En el estudio, los investigadores de la Universidad de Nueva York crearon “metamateriales”, que son estructuras diseñadas cuyas propiedades dependen de su arquitectura más que de su composición química. Un desafío importante en el diseño de estos materiales radica en comprender cómo su disposición conduce al comportamiento físico deseado.
Para superar esto, el equipo desarrolló un algoritmo capaz de generar estructuras funcionales con desorden incorporado. Su trabajo reveló una nueva forma de “desorden relacional” que se sitúa entre los extremos completamente ordenado y completamente aleatorio.
“Piense en los árboles de un bosque: crecen en lugares aleatorios, pero no completamente aleatorios porque normalmente están a cierta distancia unos de otros”, explica Martiniani. “Este nuevo patrón, los giromorfos, combina características que creíamos incompatibles y exhibe una función que supera todas las alternativas ordenadas, incluidos los cuasicristales”.
Cómo los giromorfos adquieren sus habilidades únicas
Durante su análisis, los científicos observaron que cada componente de banda prohibida isotrópica exhibe una firma estructural compartida.
“Queríamos que esta firma estructural fuera lo más pronunciada posible”, afirmó Matthias Casioulis, becario postdoctoral en el Departamento de Física de la Universidad de Nueva York y autor principal del artículo. “El resultado es una nueva clase de materiales, los giromorfos, que combinan propiedades aparentemente incompatibles.
“Esto se debe a que los giromorfos no tienen una estructura fija y repetitiva como un cristal, lo que les da un desorden similar al de un líquido, pero, al mismo tiempo, si los miras desde la distancia, forman patrones regulares. Estas propiedades trabajan juntas para crear bandas prohibidas que las ondas de luz no pueden penetrar desde ninguna dirección”.
La investigación fue dirigida por Aaron Shih, un estudiante de posgrado de la Universidad de Nueva York, y contó con el apoyo del Centro Simmons de Química Física Computacional (839534) y la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea (FA9550-25-1-0359).
