科技日?qǐng)?bào)記者 張夢(mèng)然

美國紐約大學(xué)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種名為“陀螺形體”的新型材料可提升光基計(jì)算機(jī)性能。該材料融合了液體和晶體兩種物質(zhì)的特性，展現(xiàn)出卓越的光學(xué)性能，在阻擋來自任意角度入射光線方面，優(yōu)于所有已知結(jié)構(gòu)。研究發(fā)表于新一期《物理評(píng)論快報(bào)》。

當(dāng)前，科學(xué)家正致力于開發(fā)以光而非電作為動(dòng)力的計(jì)算機(jī)，這類光基設(shè)備有望比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)更節(jié)能且運(yùn)算速度更快。然而，光基計(jì)算機(jī)仍處于發(fā)展初期，其主要挑戰(zhàn)之一是如何在芯片上高效地重新路由微觀光信號(hào)，并最大限度減少信號(hào)強(qiáng)度損失。這一難題本質(zhì)上是材料設(shè)計(jì)問題，需要一種具備各向同性帶隙特性的輕質(zhì)材料，以阻擋來自各個(gè)方向的額外光線，從而保持信號(hào)強(qiáng)度。

在探索各向同性帶隙材料的過程中，科學(xué)家常借助到準(zhǔn)晶體。準(zhǔn)晶體的結(jié)構(gòu)具有數(shù)學(xué)上的有序性，但與傳統(tǒng)晶體有所不同，其結(jié)構(gòu)不會(huì)周期性重復(fù)。研究團(tuán)隊(duì)此次創(chuàng)造的是一種超材料，其特性主要源于結(jié)構(gòu)而非化學(xué)成分。然而，設(shè)計(jì)超材料的關(guān)鍵在于理解其結(jié)構(gòu)如何產(chǎn)生所需的物理特性。

團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種算法，用于設(shè)計(jì)具有功能性的無序結(jié)構(gòu)。在此過程中，他們意外發(fā)現(xiàn)了一種新型“相關(guān)無序”材料，它既非完全無序，也非完全有序，而是一種介于兩者之間的狀態(tài)。這種新發(fā)現(xiàn)的“陀螺形體”，不僅融合了此前被認(rèn)為不兼容的特性，其功能表現(xiàn)還超越了所有有序結(jié)構(gòu)，包括準(zhǔn)晶體，所有各向同性帶隙材料都共享一種特定的結(jié)構(gòu)特征。

據(jù)介紹，“陀螺形體”不像晶體那樣具有固定的重復(fù)結(jié)構(gòu)，因而表現(xiàn)出類似液體的無序性。但若從較遠(yuǎn)距離觀察，它又能呈現(xiàn)出規(guī)則的圖案。正是這兩種特性的協(xié)同作用，使得光波無法從任何方向穿透，從而形成理想的帶隙。這一發(fā)現(xiàn)為開發(fā)高性能光基計(jì)算設(shè)備提供了重要的材料基礎(chǔ)。