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“陀螺形體”材料展現優越的光學性能

文章來源：新能源網更新時間：2025-11-25 16:23:53

科技日報記者張夢然

美國紐約大學科學家發現了一種名為“陀螺形體”的新型材料可提升光基計算機性能。該材料融合了液體和晶體兩種物質的特性，展現出優越的光學性能，在阻擋來自任意角度入射光線方面，優于所有已知結構。研究發表于新一期《物理評論快報》。

當前，科學家正致力于開發以光而非電作為動力的計算機，這類光基設備有望比傳統計算機更節能且運算速度更快。然而，光基計算機仍處于發展初期，其主要挑戰之一是如何在芯片上高效地重新路由微觀光信號，并最大限度減少信號強度損失。這一難題本質上是材料設計問題，需要一種具備各向同性帶隙特性的輕質材料，以阻擋來自各個方向的額外光線，從而保持信號強度。

在探索各向同性帶隙材料的過程中，科學家常借助到準晶體。準晶體的結構具有數學上的有序性，但與傳統晶體有所不同，其結構不會周期性重復。研究團隊此次創造的是一種超材料，其特性主要源于結構而非化學成分。然而，設計超材料的關鍵在于理解其結構如何產生所需的物理特性。

團隊開發了一種算法，用于設計具有功能性的無序結構。在此過程中，他們意外發現了一種新型“相關無序”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。這種新發現的“陀螺形體”，不僅融合了此前被認為不兼容的特性，其功能表現還超越了所有有序結構，包括準晶體，所有各向同性帶隙材料都共享一種特定的結構特征。

據介紹，“陀螺形體”不像晶體那樣具有固定的重復結構，因而表現出類似液體的無序性。但若從較遠距離觀察，它又能呈現出規則的圖案。正是這兩種特性的協同作用，使得光波無法從任何方向穿透，從而形成理想的帶隙。這一發現為開發高性能光基計算設備提供了重要的材料基礎。

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