Vývoj počítačů, které místo elektrických signálů používají světlo, je jedním z nejzajímavějších směrů současné vědy. Fotonické čipy slibují nižší spotřebu, vyšší rychlost a téměř okamžitý přenos dat. Má to ale jeden háček. Světelné signály jsou extrémně citlivé a jejich vedení uvnitř malých čipových struktur není vůbec jednoduché. Jakmile se část světla ztratí nebo rozptýlí, výpočetní výkon padá. Proto vědci roky hledají materiál, který by dokázal nežádoucí světlo zastavit, a to skutečně ze všech stran.

Když se dosud používané struktury dostanou na limit

Dlouho se věřilo, že ideální cestou jsou takzvané kvazikrystaly. Mají fascinační uspořádání: pravidla ve svém vnitřním uspořádání dodržují, ale jejich vzor se nikdy neopakuje. Jenže tato nádherná matematická zvláštnost má i své slabiny. Kvazikrystaly sice dokážou světlo v určitých směrech dokonale zastavit, ale jen v omezeném počtu. V jiných směrech světlo projde, i když oslabené. Pro fotonické čipy, které potřebují skutečně všesměrnou kontrolu světla, to nestačí.

Právě na tenhle problém narazil tým z New York University. A místo dalšího vylepšování starých přístupů se rozhodl hledat úplně nový typ struktury.

Když se spojí pořádek a chaos

Výsledek dostal jméno gyromorfy. Vědci je popisují jako materiál, který kombinuje prvky kapalin i krystalů. Na první pohled jde o neuspořádanou soustavu částic, podobnou tomu, jak rostou stromy v lese. Nepůsobí náhodně, přitom ale nejsou v pevném pravidelném rastru. Když se však na strukturu člověk podívá z větší vzdálenosti, začínají se objevovat určité pravidelné vzory.

Právě tato kombinace, která u jiných materiálů působí jako protimluv, vytvořila vlastnosti, jež vědci dosud nedokázali získat. Gyromorfy totiž dokážou zastavit světlo ze všech směrů, bez výjimek. Tam, kde kvazikrystaly ztrácely kontrolu, tento nový typ materiálu přebírá vládu.

Tým vědců k tomu došel pomocí algoritmu, který generoval množství různých nepravidelných struktur. V některých se objevilo něco, co nazvali korelovaný rozptyl. Struktura nebyla ani náhodná, ani uspořádaná. Byla zkrátka něčím mezi. A právě v těchto „mezi materiálech“ se začaly objevovat vlastnosti, po kterých vědci toužili roky.

Gyrymorfy jsou možnou cestou pro budoucnost 

Gyromorfy zatím existují pouze ve formě experimentálních modelů, ale jejich význam je už dnes zřejmý. Umožňují vytvářet světelné bariéry, jaké nebylo možné postavit ani pomocí nejlepších známých struktur. Pro fotonické čipy, nanosenzory nebo nové optické sítě to může znamenat zásadní posun v účinnosti.

Vědci upozorňují i na další přínos. Gyromorfy otevírají úplně nový způsob, jak přemýšlet o konstrukci materiálů. Ukazují, že funkční vlastnosti nevznikají jen z dokonalého pořádku, ale i z promyšlené dávky chaosu. Když se obojí vhodně propojí, mohou vzniknout materiály, které by nikdo nečekal.

A právě tato schopnost vytváří prostor pro celou škálu nových experimentů. Takových, které mohou postupně posouvat hranice toho, co dokážou počítače, komunikace a optické technologie. Gyromorfy jsou proto spíš začátek než konečné řešení. Otevírají dveře k daleko širšímu světlu, než jaké dosud věda dokázala využít.