Følelse af nanoskalaen med synligt lys, og det grundlæggende ved uordnede bølger

Et nyt eksperiment i Science viser, at funktioner, der endda er 100 gange mindre end bølgelængden, stadig kan registreres af lys.

Vi kan ikke se atomer med det blotte øje, fordi de er så små i forhold til lysets bølgelængde. Dette er et eksempel på en generel regel inden for optik - lys er ufølsomt over for funktioner, der er meget mindre end den optiske bølgelængde. Imidlertid, et nyt eksperiment dukker op i Videnskab viser, at træk, der endda er 100 gange mindre end bølgelængden, stadig kan registreres af lys.

Hanan Sheinfux og Dr. Yaakov Lumer, fra gruppen af ​​prof. Moti Segev ved Technion -Technical Institute of Israel, udførte denne undersøgelse i samarbejde med Dr. Guy Ankonina og prof. Guy Bartal (Technion) og prof. Azriel Genack (City University of New York).

Deres arbejde undersøger en stak nanometrisk tynde lag - hvert lag er i gennemsnit 20, 000 gange tyndere end et ark papir. Lagets nøjagtige tykkelse er med vilje tilfældig, og normalt bør denne nanometriske lidelse ikke have nogen fysisk betydning. Men dette eksperiment viser, at selv en 2nm (~ 6 atomer) tykkelse kan stige til et enkelt lag et sted inde i strukturen kan registreres, hvis lys belyser strukturen i en meget specifik forekomstvinkel. Desuden, den kombinerede effekt af alle tilfældige variationer i alle lagene viser et vigtigt fysisk fænomen kaldet Anderson -lokalisering, men i et regime, hvor det menes at have forsvindende små virkninger.

"Dette arbejde viser, at lys kan fanges i strukturer, der er meget tyndere end lysets bølgelængde, og at små ændringer i denne struktur kan observeres, "sagde Dr. Genack." Dette gør strukturen meget følsom over for miljøet. "

Opdagelsen af ​​elektronlokalisering i 1958, for hvilken Anderson blev tildelt Nobelprisen i 1977, er fænomenet, hvor uorden forvandler et system fra en leder til en isolator. Fænomenet har vist sig at være et generelt bølgefænomen og gælder for lys og lyd samt elektroner. Anderson -lokalisering er en notorisk vanskelig effekt at demonstrere i laboratoriet. Generelt, lokalisering har praktisk talt ingen effekt, når tilfældige træk ved en prøve er meget mindre end bølgelængden. Ja, atomernes tilfældige arrangement i et uordentligt medium som f.eks. glas kan ikke observeres med synligt lys:glasset ser helt homogent ud, selv under det bedste optiske mikroskop. Imidlertid, lokaliseringseffekten set i dette nylige eksperiment er overraskende potent.

Som en rå analog til fysikken, der muliggør disse resultater, Prøv at tale med en ven i samme rum med en høj motor. En måde at blive hørt på er at hæve din stemme over motorens lyd. Men det kan også være muligt at tale, hvis du kan finde et roligt sted i støjen, hvor motorens lyd er relativt svag. Motorens lyd er analog til lagets "gennemsnitlige" indflydelse, og at hæve din stemme er det samme som at bruge "stærk" lidelse med komponenter i bølgelængde. Imidlertid, dette eksperiment har vist, at sådanne strukturer udviser et "ekstraordinært punkt", der svarer til det stille sted i rummet. Det er et punkt, hvor selvom lidelsen er svag (nanometrisk), den gennemsnitlige effekt af strukturen er endnu svagere. Dele af eksperimentet udført i nærheden af ​​dette punkt viser derfor en øget følsomhed over for lidelse og udviser Anderson -lokalisering.

Disse fund er et proof-of-concept, der kan bane vejen for store nye applikationer inden for sensing. Denne fremgangsmåde kan muliggøre brug af optiske metoder til at foretage højhastighedsmålinger af nanometriske defekter i computerchips og fotoniske enheder.