Giromorfo, o estranho material que vai impulsionar os computadores de luz

Redação do Site Inovação Tecnológica - 14/11/2025

Apresentando os girmorfos: (a) Seção do padrão de pontos de um giromorfo de 60 dobras. (b) Fator de estrutura correspondente. (c) Função de correlação de pares próximo à origem.
[Imagem: Mathias Casiulis et al. - 10.1103/gqrx-7mn2]

Giromorfos

Giromorfo: Este sujeito de nome estranho pode se tornar o personagem principal na viabilização dos computadores que usam luz em vez de eletricidade. Para a tecnologia atual, não pode haver cenário melhor: Computadores hipervelozes, que funcionam na velocidade da luz, e gastam um mínimo de energia.

Mas a computação óptica, também conhecida como computação fotônica, ainda está dando seus primeiros passos porque ainda precisamos descobrir o melhor modo de rotear a luz dentro de chips com uma perda mínima na intensidade dos sinais.

Este é fundamentalmente um problema de projeto de materiais: Os computadores de luz dependem de um material para bloquear a luz indesejada, que pode vir de todas as direções - o que é conhecido como um "material de banda proibida isotrópica" - a fim de manter a intensidade do sinal.

Agora, cientistas acabam de anunciar a descoberta de "giromorfos", um material que combina as propriedades aparentemente incompatíveis de líquidos e de cristais e que apresenta um desempenho superior a qualquer outra estrutura conhecida no bloqueio da luz proveniente de todos os ângulos de incidência. Essa descoberta representa uma forma inovadora de controlar propriedades ópticas e de potencialmente ampliar as capacidades dos computadores baseados em luz.

"Os giromorfos são diferentes de qualquer estrutura conhecida, pois sua composição única dá origem a materiais com hiato de banda isotrópico melhor do que é possível com as abordagens atuais," disse o professor Stefano Martiniani, da Universidade de Nova York, nos EUA.

Parece desordenado, mas não é.
[Imagem: Mathias Casiulis et al. - 10.1103/gqrx-7mn2]

Banda proibida isotrópica

O caminho trilhado até hoje para projetar materiais com banda proibida isotrópica tipicamente passava pelos quasicristais, cuja descoberta rendeu o Prêmio Nobel de Química de 2011. Ao contrário dos cristais, os quasicristais possuem uma ordem matemática em sua estrutura que não se repete.

Mas eles não são totalmente adequados para os processadores de luz porque, ou bloqueiam completamente a luz, mas apenas de algumas direções, ou atenuam a luz de todas as direções, mas não a bloqueiam totalmente. É por isso que a busca por materiais alternativos que possam bloquear a luz que interfere no sinal continuava.

A nova trilha agora descoberta passa por outra estrela da tecnologia, os metamateriais, que são materiais projetados para terem propriedades desejadas - mas essas propriedades derivam de sua estrutura, e não de sua composição química.

Para tentar projetar um metamaterial fotônico com banda proibida isotrópica, a equipe primeiro desenvolveu um algoritmo para projetar as intrincadas estruturas dos metamateriais que apresentassem a funcionalidade tão procurada. Foi ao fazer isto que eles descobriram uma nova forma de "desordem correlacionada" - materiais que não são totalmente desordenados e nem totalmente ordenados.

"Pense nas árvores de uma floresta - elas crescem em posições aleatórias, mas não completamente aleatórias, porque geralmente estão a uma certa distância umas das outras," explicou Martiniani. "Esse novo padrão, os giromorfos, combina propriedades que acreditávamos serem incompatíveis e apresenta uma função que supera todas as alternativas ordenadas, incluindo os quasicristais."

Ilustração das propriedades de um giromorfo de 60 dobras. Linha superior: Estrutura do giromorfo. Esquerda: Fator de estrutura. Direita: Função de correlação de pares. Linha inferior: Propriedades ópticas. Esquerda: Feixe de luz polarizada totalmente refletido por um giromorfo. Direita: Depleção da densidade de estados no giromorfo.
[Imagem: The Martiniani lab/NYU]

Ordem misturada com desordem

Os pesquisadores perceberam que todos os materiais com hiato de banda isotrópico - aqueles selecionados pelo algoritmo como viáveis - apresentam uma assinatura estrutural em comum.

São os materiais que apresentam essa assinatura estrutural que foram batizados de giromorfos, que conciliam características aparentemente incompatíveis.

"Isso ocorre porque os giromorfos não possuem uma estrutura fixa e repetitiva como um cristal, o que lhes confere uma desordem semelhante à de um líquido, mas, ao mesmo tempo, se observados à distância, formam padrões regulares. Essas propriedades atuam em conjunto para criar hiatos de banda que as ondas de luz não conseguem penetrar, independentemente da direção de onde venham," contou Mathias Casiulis, principal responsável pela descoberta dos giromorfos.

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