Investigadores de la Universidad de Nueva York han creado giromorfos, un nuevo metamaterial que bloquea la luz desde todas las direcciones de manera más efectiva que los diseños anteriores. Este avance aborda limitaciones clave en estructuras basadas en cuasicristales y podría permitir computadoras basadas en luz más rápidas y eficientes. Los hallazgos aparecen en Physical Review Letters.
La computación fotónica, que utiliza la luz en lugar de corrientes eléctricas para procesar información, promete una mayor eficiencia y velocidad en comparación con los sistemas tradicionales. Sin embargo, controlar flujos microscópicos de luz en chips requiere materiales que eviten la interferencia de luz dispersa desde cualquier ángulo, conocidos como materiales de banda prohibida isotrópicos.
Durante décadas, los científicos han dependido de los cuasicristales —estructuras no repetitivas propuestas por los físicos Paul Steinhardt y Dov Levine en la década de 1980 y observadas por Dan Shechtman— para tales aplicaciones. Sin embargo, estos materiales bloquean la luz por completo pero solo desde direcciones limitadas o la atenúan parcialmente desde todos los lados, quedándose cortos en el rendimiento ideal.
Un equipo de la Universidad de Nueva York, liderado por el profesor asistente Stefano Martiniani de física, química, matemáticas y neurociencia, ha diseñado ahora giromorfos para superar estos inconvenientes. Los giromorfos son metamateriales cuyas propiedades provienen de su arquitectura en lugar de su composición química, presentando una mezcla única de desorden similar al líquido y patrones a gran escala.
"Los giromorfos son diferentes a cualquier estructura conocida en el sentido de que su composición única da lugar a mejores materiales de banda prohibida isotrópicos de lo que es posible con los enfoques actuales", dijo Martiniani.
Los investigadores desarrollaron un algoritmo para generar estas estructuras con 'desorden correlacionado' —un equilibrio entre orden y aleatoriedad—. "Piense en los árboles en un bosque: crecen en posiciones aleatorias, pero no completamente aleatorias porque suelen estar a una cierta distancia unos de otros", explicó Martiniani. Este enfoque reveló la capacidad de los giromorfos para formar bandas prohibidas impenetrables para las ondas de luz.
El autor principal, Mathias Casiulis, un fellow postdoctoral en el departamento de física de la NYU, señaló: "Queríamos hacer que esta firma estructural fuera lo más pronunciada posible. El resultado fue una nueva clase de materiales —giromorfos— que reconcilian características 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 líquido, pero, al mismo tiempo, si los observa desde lejos forman patrones regulares."
El estudio, coescrito por el estudiante de posgrado Aaron Shih, fue apoyado por el Simons Center for Computational Physical Chemistry (subvención 839534) y la Air Force Office of Scientific Research (FA9550-25-1-0359). Publicado en Physical Review Letters (2025; volumen 135, número 19; DOI: 10.1103/gqrx-7mn2), el trabajo abre nuevos caminos para el diseño de chips fotónicos.