Pesquisadores da Universidade de Nova York criaram giromorfos, um novo metamaterial que bloqueia a luz de todas as direções de forma mais eficaz do que designs anteriores. Esse avanço aborda limitações chave em estruturas baseadas em quasicristais e poderia permitir computadores baseados em luz mais rápidos e eficientes. As descobertas aparecem em Physical Review Letters.
A computação fotônica, que usa luz em vez de correntes elétricas para processar informações, promete maior eficiência e velocidade em comparação com sistemas tradicionais. No entanto, controlar fluxos microscópicos de luz em chips requer materiais que evitem interferência de luz dispersa de qualquer ângulo, conhecidos como materiais de bandgap isotrópico.
Por décadas, os cientistas têm se baseado em quasicristais —estruturas não repetitivas propostas pelos físicos Paul Steinhardt e Dov Levine na década de 1980 e observadas por Dan Shechtman— para tais aplicações. No entanto, esses materiais bloqueiam a luz completamente, mas apenas de direções limitadas, ou a enfraquecem parcialmente de todos os lados, ficando aquém do desempenho ideal.
Uma equipe da Universidade de Nova York, liderada pelo professor assistente Stefano Martiniani de física, química, matemática e neurociência, agora desenvolveu giromorfos para superar essas desvantagens. Os giromorfos são metamateriais cujas propriedades derivam de sua arquitetura em vez da composição química, apresentando uma mistura única de desordem semelhante a líquido e padrões em grande escala.
"Os giromorfos são diferentes de qualquer estrutura conhecida, pois sua composição única dá origem a materiais de bandgap isotrópico melhores do que é possível com abordagens atuais," disse Martiniani.
Os pesquisadores desenvolveram um algoritmo para gerar essas estruturas com 'desordem correlacionada' —um equilíbrio entre ordem e aleatoriedade—. "Pense nas árvores em uma floresta —elas crescem em posições aleatórias, mas não completamente aleatórias porque geralmente estão a uma certa distância umas das outras," explicou Martiniani. Essa abordagem revelou a capacidade dos giromorfos de formar bandgaps impenetráveis para ondas de luz.
O autor principal, Mathias Casiulis, um pós-doutorando no departamento de física da NYU, observou: "Queríamos tornar essa assinatura estrutural o mais pronunciada possível. O resultado foi uma nova classe de materiais —giromorfos— que reconciliam características aparentemente incompatíveis. Isso porque os giromorfos não têm uma estrutura fixa e repetitiva como um cristal, o que lhes dá uma desordem semelhante a líquido, mas, ao mesmo tempo, se você os observar de longe, eles formam padrões regulares."
O estudo, coautorado pelo estudante de pós-graduação Aaron Shih, foi apoiado pelo Simons Center for Computational Physical Chemistry (bolsa 839534) e pelo Air Force Office of Scientific Research (FA9550-25-1-0359). Publicado em Physical Review Letters (2025; volume 135, número 19; DOI: 10.1103/gqrx-7mn2), o trabalho abre novos caminhos para o design de chips fotônicos.