Lyd og lys fanget af uorden

Lyd og lys er afgørende for vores liv og er afgørende for mange energier, kommunikation og informationsteknologi. Deres interaktion tillader mange grundlæggende observationer i fysik, fra påvisning af kosmiske gravitationsbølger til afkøling af kvantesystemer til deres kvantejordtilstand. Imidlertid, deres interaktion kan være subtil og svag. Forbedring af deres interaktion kræver begrænsning af begge bølger samme sted, hvilket er en betydelig teknologisk udfordring.

Inden for nanoteknologi, dette er løst ved at skabe hulrum, der er afhængige af meget omhyggeligt fremstillede mønstre. Denne tilgang er krævende og let forstyrret af uorden og defekter. I et værk, der for nylig blev offentliggjort i Fysisk gennemgangsbreve der foreslås en helt anden tilgang, hvor symmetri og periodicitet ikke er nødvendig og uorden omfavnes. Arbejdet er udført i tæt samarbejde med Dr. Daniel Lanzillotti-Kimura, en forsker ved CNRS i Frankrig. Den første forfatter til værket er Guillermo Arregui, og den sidste er Dr. Pedro David García, både fra ICN2 Phononic og Photonic Nanostructures Group ledet af ICREA Prof. Dr. Clivia M. Sotomayor-Torres.

Bestille, symmetri og periodicitet er ord, der altid har begejstret forskere. For fysikere, appellen er, at regelmæssige systemer har en tendens til at adlyde enkle (eller i det mindste symmetriske) love. Selv komplekse systemer er forenklet i deres beskrivelse, som hjælper med at forstå deres underliggende mekanismer. Imidlertid, verden er kompleks. Imidlertid, forståelse af naturens iboende kompleksitet kræver i sidste ende at afvige fra perfekt symmetri og periodicitet. Bemærkelsesværdigt, som forfatterne viser i dette værk, uorden og kompleksitet kan udnyttes som en ressource i stedet for at blive behandlet som en uundgåelig irritation. I det nyligt udgivne værk, lidelse bruges til samtidig at lokalisere lyd og lys på nanoskalaen.

Forskere fra Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2) og Centre de Nanosciences et Nanotechnologies-C2N (CNRS / Université Paris-Sud) foreslår, at en tilfældig flerlags halvlederstruktur var en subtil kombination af deres materielle egenskaber, der tvinger den samtidige co-lokalisering af lyd og lys. Ligningerne for udbredelse af lys og lyd i stakke lavet af galliumarsenid (GaA'er) og aluminiumarsenid (AlA'er) er ekstremt ens, hvilket fører til en Anderson -kolokalisering af begge excitationer i tilfældige gitter. Dette skyldes en overraskende matchning i kontrast til deres brydningsindeks og deres lydhastigheder, henholdsvis, noget der ikke sker, for eksempel, med andre lignende materialer som Si/Ge eller InP/GaP. Kolokaliseringen i tilfældige gitter fremkalder en forbedring af interaktionen mellem lys- og lydfelterne. Denne interaktion er afhængig af, at lys bærer momentum, som kan overføres til et objekt og flytte det. Som modstykke, et objekt i bevægelse kan flytte lysfrekvensen. I hverdagen, denne interaktion er ekstremt lille, hvilket resulterer i ubetydelige effekter.

For at forbedre disse indbyrdes interaktioner, den metode, som nanoteknologi følger, er at koncentrere lys i små mængder og gøre brug af små objekter, for hvilke disse effekter bliver observerbare. Her, vi viser, at der ikke kræves noget særligt design for at opnå denne gensidige observerbare interaktion, og dermed afslappende fremstillingsbehovet væsentligt. Denne præstation kan bruges til at udnytte interaktionen mellem lys og lyd i vilkårligt designede strukturer, og dermed lempe de meget krævende fremstillingskrav, der i øjeblikket er nødvendige inden for nanoteknologi. Den co-lokaliseringseffekt, der er vist i det nye arbejde, låser adgangen til uudforskede lokaliseringsfænomener og konstruktionen af ​​lys-stof-interaktioner medieret af Anderson-lokaliserede stater.