ニューヨーク大学の研究者らがジャイロモルフを開発した。これは、全方向から光を従来の設計よりも効果的に遮断する新しいメタマテリアルである。この画期的な成果は、準結晶ベースの構造における主要な制限を解決し、より高速で効率的な光ベースのコンピュータを実現する可能性がある。発見はPhysical Review Lettersに掲載されている。
フォトニックコンピューティングは、電気信号の代わりに光を使用して情報を処理するもので、従来のシステムよりも高い効率と速度を約束する。しかし、チップ上で微小な光の流れを制御するには、あらゆる角度からの迷光干渉を防ぐ材料、すなわち等方性バンドギャップ材料が必要である。
数十年にわたり、科学者らは準結晶 —1980年代に物理学者のポール・スタインハートとドヴ・レビンによって提案され、ダン・シェヒトマンによって観察された非周期構造— に依存してきた。しかし、これらの材料は、光を完全に遮断するが限られた方向からのみ、またはすべての側面から部分的に弱めるだけであり、理想的な性能に達していない。
ニューヨーク大学のチームは、物理学、化学、数学、神経科学の助教授ステファノ・マルティニアーニが率い、これらの欠点を克服するためのジャイロモルフを設計した。ジャイロモルフは、化学組成ではなく建築構造から性質が派生するメタマテリアルで、液体のような無秩序と大規模パターンの独自のブレンドを特徴とする。
「ジャイロモルフは既知のどの構造とも異なり、その独自の構成が現在の手法では不可能な優れた等方性バンドギャップ材料を生み出す」とマルティニアーニは述べた。
研究者らは、「相関無秩序」 —秩序とランダム性のバランス— でこれらの構造を生成するアルゴリズムを開発した。「森の中の木々を考えてみてください —それらはランダムな位置に生えますが、完全にランダムではなく、通常は互いに一定の距離があります」とマルティニアーニは説明した。このアプローチは、ジャイロモルフが光波に対して不浸透性のバンドギャップを形成する能力を明らかにした。
主著者であるNYU物理学科のポスドク研究員マティアス・カシウリスは、「この構造的特徴を可能な限り顕著にしたいと考えました。結果として、新しい材料クラス —ジャイロモルフ— が生まれ、表面上互換性のない特徴を調和させました。これは、ジャイロモルフが結晶のような固定された繰り返し構造を持たず、液体のような無秩序を与える一方で、遠くから見ると規則的なパターンを形成するためです。」
大学院生アーロン・シーが共著したこの研究は、Simons Center for Computational Physical Chemistry（助成金839534）とAir Force Office of Scientific Research（FA9550-25-1-0359）によって支援された。Physical Review Letters（2025；巻135、号19；DOI: 10.1103/gqrx-7mn2）に掲載されたこの仕事は、フォトニックチップ設計の新たな道を開く。