Investigadores de la Universidad de Nueva York desarrollaron un material gyromorfo, una estructura innovadora que mezcla orden y desorden para controlar la luz con una eficiencia nunca vista. Este avance podría abrir el camino hacia computadoras fotónicas capaces de realizar cálculos a velocidades muy superiores a las actuales.

Por qué los gyromorfos podrían transformar la computación

La computación basada en luz avanza rápido, porque los fotones pueden transmitir información con menos pérdida y mayor velocidad que los electrones. Sin embargo, controlar estas diminutas corrientes de luz dentro de un chip sigue siendo un desafío. Para que un sistema fotónico funcione bien, necesita materiales capaces de bloquear la luz sobrante desde cualquier ángulo. A este tipo de estructura se le conoce como material con bandgap isotrópico.

Hasta ahora, la mayoría de las soluciones se basaba en cuasicristales, que ofrecían buenos resultados, pero con limitaciones importantes. Los gyromorfos cambian ese panorama.

El hallazgo de NYU: una estructura nunca antes vista

El equipo de NYU descubrió que los gyromorfos combinan dos características que antes parecían incompatibles:
orden cuando se mira a gran escala y un desorden similar a un líquido cuando se observa de cerca. Esta mezcla permite controlar la luz de forma mucho más eficiente, lo que convierte a los gyromorfos en los materiales con mejor desempeño para bloquear señales lumínicas no deseadas.

Según el investigador Stefano Martiniani, estos materiales superan ampliamente a las alternativas actuales, incluidas las basadas en cuasicristales.

Qué limita a los materiales tradicionales

Durante décadas, los cuasicristales fueron la mejor opción para obtener bandgaps isotrópicos. Pueden bloquear la luz por completo, pero solo desde ciertos ángulos. En otras direcciones, dejan pasar parte de la señal, lo que debilita el rendimiento del sistema fotónico.

Los gyromorfos logran resolver ese dilema. Su diseño permite bloquear luz desde cualquier dirección, lo que los convierte en una opción ideal para chips que operan enteramente con fotones.

Cómo se diseñó esta nueva clase de metamateriales

Los científicos de NYU trabajaron con metamateriales, estructuras cuyos comportamientos dependen más de su arquitectura que de su composición química. Para crearlos, usaron un algoritmo capaz de generar patrones con un desorden correlacionado, un punto intermedio entre lo completamente ordenado y lo completamente aleatorio.

Este enfoque reveló la firma estructural que comparten todos los materiales capaces de generar un bandgap isotrópico. Luego, el equipo amplificó esa característica para crear una nueva clase de materiales: los gyromorfos.

Por qué funcionan tan bien

Los gyromorfos no se repiten como un cristal, pero tampoco son plenamente aleatorios. A escala microscópica, muestran variaciones parecidas a las de un líquido. A mayor distancia, forman patrones ordenados. Esa dualidad hace posible bloquear luz desde todos los ángulos de forma simultánea.

La investigación, publicada en Physical Review Letters, también contó con la participación de Mathias Casiulis y Aaron Shih, y recibió apoyo del Simons Center for Computational Physical Chemistry y la Air Force Office of Scientific Research.

Este descubrimiento podría acelerar el desarrollo de chips fotónicos, una tecnología que pronto podría cambiar la forma en que funcionan nuestras computadoras.