研究人員正在探索使用光或光子而不是電力工作的新一代計算機。使用光來存儲和處理信息的系統有一天可能會更加高效。並且計算速度比一般機器快得多
光動力計算機仍處於起步階段。主要的技術障礙之一是控制微小的光流。在不削弱這些小信號的情況下重定向這些小信號需要精心設計的材料。為了使信號更強，硬件必須包含輕質物質，以防止光線從各個方向穿透。這類材料稱為“各向同性帶隙材料”。
在紐約大學發現旋轉體
紐約大學的科學家們發現了一種名為“gyromorphs”的新材料，它比任何其他已知結構更有效地解決了這一挑戰。旋轉體結合了通常與液體和晶體相關的特性。但它們不僅能夠阻擋來自各個角度的光線。 《物理評論快報》報導的這一發現提供了一種調整光學行為的新策略。並可以幫助推進光子計算機的發展。
物理、化學、數學和神經科學助理教授斯特凡諾·馬蒂尼亞尼 (Stefano Martiniani) 表示：“陀螺模型不同於任何其他結構。眾所周知，其獨特的結構可以創造出比現有方法更好的各向同性帶隙材料。”
為什麼現有材料供不應求？
幾十年來，研究人員在設計各向同性帶隙材料時一直考慮準晶體。這些結構首先由物理學家 Paul Steinhardt 和 Dov Levine 在 20 世紀 80 年代提出，後來由 Dan Schechtman 觀察到，遵循數學規則。但不要像傳統水晶一樣複製它。
儘管有希望，但紐約大學團隊指出，準晶體需要權衡：它們可以完全阻擋光線。但僅限於有限的方向。另一方面，它可以削弱來自各個方向的光線，但不能完全阻止它。這一限制促使科學家們尋找替代方案，以更全面地阻擋光線，從而降低信號強度。
新超材料工程
在他們之中 物理審查信 在這項研究中，紐約大學的研究人員創造了一種“超材料”——一種工程結構，其特性更多地取決於其結構而不是其化學成分。設計這些材料的一個關鍵挑戰在於了解這些材料的排列如何導致所需的物理行為。
為了克服這個問題，該團隊開發了一種算法，可以創建包含固有異常的功能結構。他們的工作揭示了新形式的“連貫紊亂”，介於完全組織的極端和完全隨機的極端之間。
“想想森林裡的樹木。它們生長在隨機位置。但並非完全隨機。“這種新的陀螺變形體結合了我們認為不相容的特性。並顯示了一個優於所有有序替代方案的函數。包括準晶體”
Gyromorphs如何實現他們獨特的能力？
在分析過程中，科學家們指出，所有各向同性帶隙材料都有一個共同的結構特徵。
紐約大學物理系博士後研究員、該論文的主要作者馬蒂亞斯·卡西烏利斯 (Mathias Casiulis) 表示：“我們希望使這種結構特徵盡可能明顯，”“結果是一類新型材料——陀螺儀——可以優化看似不相容的特性。
“這是因為陀螺不像晶體那樣具有固定的重複結構。這會導致像液體一樣的異常現象，但同時如果你從遠處觀察它們，它會產生正常的圖案。這些特性共同作用，形成一個帶隙，光波無法從任何方向穿透該帶隙。”
該研究還包括紐約大學研究生 Aaron Shih，並得到了西蒙斯計算物理化學中心 (839534) 和空軍科學研究辦公室的支持。 (FA9550-25-1-0359)
