Raman-lysets sammenhæng opstår fra uorden

Lysspredning i uordnede materialer er et emne af stor interesse for det videnskabelige samfund, med anvendelser inden for fotonik og vedvarende energi og opdagelsen af ​​fascinerende nye fænomener relateret til bølgefysik.

Et team af forskere med forskellig ekspertise inden for optisk spektroskopi, fotonik og materialevidenskab har rapporteret om en ny fysisk effekt, der demonstrerer den sammenhængende natur af spontant Raman-spredt lys. Arbejdet, for nylig udgivet i Naturfotonik med titlen "Coherent Backscattering of Raman Light, " baner vejen for udviklingen af ​​et nyt forskningsfelt om komplekse fotoniksystemer, der udnytter både elastisk (Rayleigh) og uelastisk (Raman) spredt lys.

"En tæt skov af ultratynde siliciumtråde arrangeret på en uordnet måde, hvor lysbølger hopper frem og tilbage utallige gange, før de kommer ud, er det materiale, der gjorde det muligt for os at afsløre dette nye fænomen. Det, vi observerede som en makroskopisk fysisk effekt, er sammenhængen mellem Raman-spredte lysbølger, som typisk forekommer på skalaen af ​​nanometer, givet af fononens kohærenslængde, " siger avisen af ​​Barbara Fazio (CNR-IPCF, Messina), Matteo Galli (University of Pavia), Francesco Priolo (University of Catania og CNR-IMM) og Diederik Wiersma (LENS, Universitetet i Firenze), der ledede undersøgelsen.

Det fysiske fænomen er kendt som sammenhængende tilbagespredning af lys, som længe kun er blevet observeret og undersøgt for elastisk spredt lys og nu også er demonstreret for uelastisk lysspredning (Raman). Kohærent tilbagespredning af lys er en meget subtil interferenseffekt, der forekommer i uordnede spredningsmedier (såsom halvlederpulvere eller suspensioner af mikropartikler som mælk eller tåge). hvor bølgekohærens bevares selv efter et meget stort antal tilfældige spredningsbegivenheder, til sidst manifesterer sig som et maksimum af interferens i den nøjagtige tilbagespredningsretning. Holdet af forskere demonstrerede, at dette eksperimentelle bevis overraskende overlever også for uelastisk lysspredning, såsom den spontane Raman-proces, så længe den optiske information om den udbredte bølge bibeholdes. I denne form for uelastisk spredningsbegivenhed, lys mister en lille del af sin energi ved at ændre bølgelængde (farve). Dens fasesammenhæng, imidlertid, bevares i meget kort tid, hvilket gør interferens mellem Raman spredte bølger stadig muligt.

Det observerede maksimum af interferens i den nøjagtige tilbagespredningsretning er derfor en signatur på den sammenhængende natur af individuelle Raman-spredningsprocesser. Til dato, beviser på kohærensegenskaberne ved Raman-spredning er kun blevet rapporteret ved at se på den nanoskopiske skala, gennem komplekse nærfeltseksperimenter ved hjælp af meget skarpe spidser eller gennem ultrahurtige tidsopløste teknikker. Denne gang, imidlertid, forskerne stolede ikke på komplekse eksperimenter eller avancerede teknikker. Kombinationen af ​​de unikke strukturelle egenskaber af et siliciumbaseret nanomateriale, en nøjagtig eksperimentel procedure og, først og fremmest, effektiv brainstorming og synergi mellem forskergrupper var de eneste ingredienser til observation af et nyt uventet fysisk fænomen, som åbner vejen for nye og vigtige opdagelser.