O echipă de la University of Tokyo a transpus în nanostructuri optice forma matematică ce a rezolvat, în 2023, o problemă veche de 50 de ani, și a descoperit că aceasta răsucește lumina laser în tipare chirale, fără simetrie de oglindă.

În 2023, matematicianul amator David Smith a descoperit „hat tile”, o formă cu 13 laturi capabilă să acopere un plan infinit fără să repete niciodată același tipar, rezolvând astfel „problema Einstein”, o întrebare matematică deschisă timp de 50 de ani: există o singură formă, un „monotile”, care poate pava un plan doar aperiodic? O echipă condusă de Yuto Moritake și Masaya Notomi, de la Institute of Industrial Science, din cadrul University of Tokyo, a decis să testeze ce se întâmplă atunci când această formă abstractă e transpusă în structuri optice reale, la scară nanometrică.

Tipare în formă de morișcă

Cercetătorii au fabricat modele nanometrice pe filme de nitrură de siliciu, folosind litografie cu fascicul de electroni, reproducând geometria formei „Einstein”. Când au iluminat aceste structuri cu un laser, echipa a observat tipare de difracție distincte, în formă de morișcă, semn clar al naturii chirale a structurii aperiodice, adică al lipsei sale de simetrie de oglindă.

„Am descoperit că tiparele de difracție devin ele însele chirale, pentru că structura nu are simetrie de oglindă”, a explicat Masaya Notomi, autorul principal al studiului. „Acest tip de răspuns optic e fundamental diferit de ce se observă la materialele cvasicristaline convenționale.” Când echipa a repetat experimentul folosind versiunea în oglindă a formei, tiparul de difracție s-a răsucit în direcția opusă.

O curiozitate matematică devenită unealtă optică

Experimentele au mai arătat că tiparul de difracție se schimbă în funcție de direcția și de polarizarea luminii incidente, o proprietate care nu ar trebui să fie posibilă la structuri cu simetrie de inversare, dar care apare firesc la o structură chirală ca aceasta.

Cercetătorii speră ca structuri inspirate de forma „Einstein” să contribuie, în viitor, la tehnologii de manipulare a luminii, control al polarizării și dispozitive optice avansate. Descoperirea arată, potrivit lor, cum o curiozitate matematică, celebrată inițial doar pentru eleganța ei geometrică, poate genera fenomene fizice complet noi, neobservate până acum la materialele cvasicristaline studiate anterior.

Rezultatul deschide o direcție de cercetare aflată la intersecția dintre ordinea cvasiperiodică și chiralitate, un domeniu rămas până acum practic neexplorat, potrivit echipei de la University of Tokyo.

---

Sursă: Yuto Moritake, Masato Takiguchi, Takuma Aihara, Masaya Notomi — Institute of Industrial Science, University of Tokyo — „Chiral diffraction from aperiodic monotile structure”, Nature Communications 17, 6085 (29 iulie 2026), DOI: 10.1038/s41467-026-75023-7