La revolución de los giromorfos para la computación fotónica

Desde hace bastante tiempo, se viene investigando en el diseño de ordenadores que utilicen luz (fotones) en vez de electricidad para energizar sus tareas de computación. Estas computadoras basadas en luz tienen el potencial de ser más eficientes energéticamente que los ordenadores tradicionales, además de poder realizar cálculos a una velocidad muy superior.

Sin embargo, un desafío importante en el diseño y la fabricación de computadoras basadas en luz (una tecnología que todavía está en su infancia) es redirigir con éxito las señales de luz microscópicas en un chip con una pérdida mínima de intensidad de la señal. Esto es fundamentalmente un problema de diseño de materiales. Estas computadoras requieren un material ligero para bloquear la luz adicional proveniente de todas las direcciones entrantes y así mantener la intensidad de la señal.

Una clase de materiales candidatos para esta función han sido los cuasicristales, los cuales tienen un orden matemático en su estructura, pero, a diferencia de un cristal, uno que no se repite.

Sin embargo, aunque los cuasicristales pueden bloquear la luz por completo, solo lo hacen desde unas pocas direcciones, o la atenúan desde todas las direcciones pero sin bloquearla totalmente. Por eso, muchos de los investigadores en computación fotónica han seguido buscando materiales alternativos que puedan bloquear la luz que merma la intensidad de la señal.

Hacia esa meta estaban trabajando Mathias Casiulis, Aaron Shih y Stefano Martiniani, los tres de la Universidad de Nueva York en Estados Unidos, cuando, con la ayuda de un algoritmo, crearon los giromorfos, una nueva clase de materiales catalogable en la categoría de los metamateriales.

Los metamateriales son materiales típicamente artificiales cuyas propiedades derivan de su estructura, más que de su naturaleza química.

Los giromorfos reúnen las propiedades aparentemente incompatibles de un líquido y de un cristal, y funcionan mejor que cualquier otra estructura conocida al bloquear la luz desde todos los ángulos.

Los giromorfos no tienen una estructura fija y repetitiva como la de un cristal, lo que les confiere un desorden similar al de un líquido, pero, al mismo tiempo, en una escala más general, sí forman patrones regulares.

Fila superior: dos ejemplos de la estructura de un giromorfo. Fila inferior: propiedades ópticas de un giromorfo. (Imágenes: The Martiniani lab at NYU)

La entrada en escena de los giromorfos abre el camino hacia métodos innovadores de controlar las propiedades ópticas y, potencialmente, de poder aprovechar plenamente las capacidades de las computadoras fotónicas.

Casiulis, Shih y Martiniani exponen los detalles técnicos de la estructura de los giromorfos y su utilidad para la computación fotónica en la revista académica Physical Review Letters, bajo el título “Gyromorphs: A New Class of Functional Disordered Materials”. (Fuente: NCYT de Amazings)