Ученые создали гироморфы — новый материал для световых компьютеров

Иллюстрация свойств гироморфа. Верхний ряд: Структура гироморфа. Слева: Структурный фактор. Справа: Парная корреляционная функция. Нижний ряд: Оптические свойства. Слева: Поляризованный световой пучок полностью отражается гироморфом. Справа: Обеднение плотности состояний в гироморфе. Автор: Лаборатория Мартиниани в Нью-Йоркском университете

Ученые из Нью-Йоркского университета сообщили об открытии гироморфов — материала, сочетающего, казалось бы, несовместимые свойства жидкостей и кристаллов. Этот материал превосходит все известные структуры в блокировании света со всех направлений, что может значительно продвинуть разработку световых компьютеров.

Световые компьютеры, использующие фотоны вместо электронов, потенциально более энергоэффективны и способны выполнять вычисления на больших скоростях. Однако главной проблемой остается перенаправление микроскопических световых сигналов на чипе с минимальными потерями мощности.

«Гироморфы не похожи ни на одну известную структуру — их уникальное строение создает изотропные материалы с запрещенной зоной, превосходящие современные подходы», — объясняет Стефано Мартиниани, доцент физики, химии, математики и нейронауки, старший автор исследования.

Работа, опубликованная в журнале Physical Review Letters, предлагает инновационный способ управления оптическими свойствами материалов.

Для создания изотропных материалов с запрещенной зоной ученые обычно обращались к квазикристаллам. Однако у них есть компромисс: либо они полностью блокируют свет, но только с нескольких направлений, либо ослабляют свет со всех направлений, но не блокируют его полностью.

Исследователи разработали алгоритм для проектирования неупорядоченных структур и обнаружили новую форму коррелированного беспорядка — гироморфы.

«Представьте деревья в лесу — они растут в случайных позициях, но не полностью случайно, поскольку обычно находятся на определенном расстоянии друг от друга», — говорит Мартиниани. «Гироморфы сочетают свойства, которые мы считали несовместимыми, и демонстрируют функцию, превосходящую все упорядоченные альтернативы, включая квазикристаллы».

Матиас Касьюлис, постдокторант кафедры физики Нью-Йоркского университета и ведущий автор работы, добавляет: «Гироморфы не имеют фиксированной повторяющейся структуры, как кристаллы, что придает им жидкообразный беспорядок, но при взгляде издалека они образуют регулярные узоры. Эти свойства работают вместе, создавая запрещенные зоны, которые световые волны не могут проникнуть ни с одного направления».

Дополнительная информация: Mathias Casiulis et al, Gyromorphs: A New Class of Functional Disordered Materials, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/gqrx-7mn2. На arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2410.09023