Peneliti di Universitas New York telah menciptakan giromorf, metamaterial baru yang memblokir cahaya dari semua arah lebih efektif daripada desain sebelumnya. Terobosan ini mengatasi keterbatasan utama dalam struktur berbasis kuasikristal dan dapat memungkinkan komputer berbasis cahaya yang lebih cepat dan efisien. Temuan tersebut muncul di Physical Review Letters.
Komputasi fotonik, yang menggunakan cahaya alih-alih arus listrik untuk memproses informasi, menjanjikan efisiensi dan kecepatan yang lebih besar daripada sistem tradisional. Namun, mengendalikan aliran cahaya mikroskopis pada chip memerlukan material yang mencegah interferensi cahaya liar dari sudut mana pun, yang dikenal sebagai material bandgap isotropik.
Selama beberapa dekade, para ilmuwan telah mengandalkan kuasikristal —struktur non-pengulangan yang diusulkan oleh fisikawan Paul Steinhardt dan Dov Levine pada 1980-an dan diamati oleh Dan Shechtman— untuk aplikasi tersebut. Namun, material ini baik memblokir cahaya sepenuhnya tetapi hanya dari arah terbatas atau melemahkannya sebagian dari semua sisi, yang kurang dari performa ideal.
Sebuah tim di Universitas New York, yang dipimpin oleh asisten profesor Stefano Martiniani dari fisika, kimia, matematika, dan ilmu saraf, kini telah merancang giromorf untuk mengatasi kekurangan ini. Giromorf adalah metamaterial yang sifatnya berasal dari arsitekturnya daripada komposisi kimianya, menampilkan campuran unik dari ketidakteraturan seperti cairan dan pola skala besar.
"Giromorf berbeda dari struktur apa pun yang dikenal karena komposisi uniknya menghasilkan material bandgap isotropik yang lebih baik daripada yang mungkin dengan pendekatan saat ini," kata Martiniani.
Para peneliti mengembangkan algoritma untuk menghasilkan struktur ini dengan 'ketidakteraturan terkorelasi' —keseimbangan antara keteraturan dan keacakan—. "Bayangkan pohon-pohon di hutan —mereka tumbuh di posisi acak, tapi tidak sepenuhnya acak karena biasanya berjarak tertentu satu sama lain," jelas Martiniani. Pendekatan ini mengungkap kemampuan giromorf untuk membentuk bandgap yang tak tertembus bagi gelombang cahaya.
Penulis utama Mathias Casiulis, seorang rekan pascadoktor di departemen fisika NYU, mencatat: "Kami ingin membuat tanda struktural ini sesering mungkin. Hasilnya adalah kelas material baru —giromorf— yang merekonsiliasi fitur yang tampak tidak kompatibel. Ini karena giromorf tidak memiliki struktur tetap dan berulang seperti kristal, yang memberi mereka ketidakteraturan seperti cairan, tapi, pada saat yang sama, jika dilihat dari kejauhan mereka membentuk pola reguler."
Studi ini, yang ditulis bersama oleh mahasiswa pascasarjana Aaron Shih, didukung oleh Simons Center for Computational Physical Chemistry (hibah 839534) dan Air Force Office of Scientific Research (FA9550-25-1-0359). Diterbitkan di Physical Review Letters (2025; volume 135, isu 19; DOI: 10.1103/gqrx-7mn2), karya ini membuka jalan baru untuk desain chip fotonik.