Des chercheurs de l'Université de New York ont créé des gyromorphes, un nouveau métamatériau qui bloque la lumière de toutes les directions plus efficacement que les conceptions précédentes. Cette avancée comble des limitations clés dans les structures basées sur des quasicristaux et pourrait permettre des ordinateurs basés sur la lumière plus rapides et plus efficaces. Les résultats paraissent dans Physical Review Letters.
L'informatique photonique, qui utilise la lumière au lieu des courants électriques pour traiter les informations, promet une plus grande efficacité et vitesse par rapport aux systèmes traditionnels. Cependant, contrôler les flux de lumière microscopiques sur les puces nécessite des matériaux qui empêchent l'interférence de la lumière errante de n'importe quel angle, connus sous le nom de matériaux à bande interdite isotrope.
Pendant des décennies, les scientifiques se sont appuyés sur les quasicristaux —structures non répétitives proposées par les physiciens Paul Steinhardt et Dov Levine dans les années 1980 et observées par Dan Shechtman— pour de telles applications. Pourtant, ces matériaux bloquent soit la lumière complètement mais seulement de directions limitées, soit l'atténuent partiellement de tous les côtés, en deçà des performances idéales.
Une équipe de l'Université de New York, dirigée par le professeur adjoint Stefano Martiniani en physique, chimie, mathématiques et neurosciences, a maintenant conçu des gyromorphes pour surmonter ces inconvénients. Les gyromorphes sont des métamatériaux dont les propriétés proviennent de leur architecture plutôt que de leur composition chimique, présentant un mélange unique de désordre semblable à un liquide et de motifs à grande échelle.
"Les gyromorphes sont différents de toute structure connue en ce que leur composition unique donne naissance à de meilleurs matériaux à bande interdite isotrope que ce qui est possible avec les approches actuelles," a déclaré Martiniani.
Les chercheurs ont développé un algorithme pour générer ces structures avec un 'désordre corrélé' —un équilibre entre ordre et aléatoire—. "Pensez aux arbres dans une forêt —ils poussent en positions aléatoires, mais pas complètement aléatoires car ils sont généralement à une certaine distance les uns des autres," a expliqué Martiniani. Cette approche a révélé la capacité des gyromorphes à former des bandes interdites impénétrables pour les ondes lumineuses.
L'auteur principal, Mathias Casiulis, un postdoctorant au département de physique de la NYU, a noté : "Nous voulions rendre cette signature structurelle aussi prononcée que possible. Le résultat a été une nouvelle classe de matériaux —les gyromorphes— qui réconcilient des caractéristiques apparemment incompatibles. C'est parce que les gyromorphes n'ont pas de structure fixe et répétitive comme un cristal, ce qui leur donne un désordre semblable à un liquide, mais, en même temps, si on les observe de loin, ils forment des motifs réguliers."
L'étude, coécrite par l'étudiant diplômé Aaron Shih, a été soutenue par le Simons Center for Computational Physical Chemistry (subvention 839534) et l'Air Force Office of Scientific Research (FA9550-25-1-0359). Publiée dans Physical Review Letters (2025 ; volume 135, numéro 19 ; DOI : 10.1103/gqrx-7mn2), ce travail ouvre de nouvelles voies pour la conception de puces photoniques.