Forskere afslører, hvordan lys opfører sig i formløse faste stoffer

I et gennembrud, der kunne bane vejen for nye materialer og kvanteteknologier, har forskere opdaget, hvordan lys opfører sig i formløse faste stoffer, kendt som amorfe materialer, som mangler den regulære krystalstruktur af traditionelle faste stoffer. Denne opdagelse, offentliggjort i tidsskriftet Nature, kaster lys over disse uordnede materialers mystiske egenskaber og kan føre til fremskridt inden for områder som optik, optoelektronik og vedvarende energi.

Amorfe materialer, såsom glas og visse polymerer, er overalt omkring os. De bruges ofte i hverdagsgenstande som vinduer, flasker og plastikposer. På trods af deres udbredte tilstedeværelse har det været en udfordring at forstå, hvordan lys interagerer med disse materialer, på grund af deres mangel på lang rækkefølge.

I den nye undersøgelse tacklede et internationalt hold af forskere, ledet af forskere ved University of Cambridge og Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST), denne udfordring ved at kombinere teoretiske beregninger med banebrydende eksperimentelle teknikker.

Holdet fokuserede på en bestemt type amorft materiale kendt som et chalcogenidglas. De brugte en kombination af røntgenspredning og computersimuleringer til at kortlægge glassets indviklede atomare struktur og forstå, hvordan det påvirkede lysets adfærd.

Resultaterne afslørede, at lys ikke bevæger sig gennem amorfe materialer på samme måde, som det gør i krystaller. I stedet udviser den en kompleks adfærd, der kan beskrives som en kombination af bølgelignende og partikellignende egenskaber. Dette fund udfordrer det traditionelle syn på lys som en simpel bølge og åbner nye muligheder for at manipulere lys i disse uordnede systemer.

Forskerne opdagede også, at lysets egenskaber i amorfe materialer afhænger af det specifikke arrangement af atomer i materialet. Dette fund tyder på, at det kan være muligt at designe og konstruere amorfe materialer med skræddersyede optiske egenskaber til specifikke applikationer.

"Vores arbejde åbner nye veje til at udforske og forstå lysets opførsel i amorfe materialer," siger professor Steve Elliott, seniorforfatter af undersøgelsen fra University of Cambridge. "Denne viden kan føre til udviklingen af ​​nye materialer og enheder med avancerede optiske egenskaber, såsom effektive solceller, optiske fibre og sensorer."

Holdets resultater har konsekvenser for områder ud over optik. For eksempel er amorfe materialer også lovende kandidater til brug i kvanteteknologier, hvor evnen til at kontrollere og manipulere lys på kvanteniveau er afgørende for at fremme kvanteberegning og kvantekommunikation.

"Evnen til at forstå og kontrollere lys i amorfe materialer er afgørende for at realisere det fulde potentiale af disse materialer i forskellige teknologiske anvendelser," sagde professor Takeshi Egami, medforfatter af undersøgelsen fra OIST.

Undersøgelsen repræsenterer et væsentligt skridt fremad i vores forståelse af amorfe materialer og deres interaktioner med lys. Det baner vejen for yderligere forskning og innovation og åbner nye veje til at udforske den fascinerende verden af ​​uordnede faste stoffer og deres potentielle anvendelser inden for forskellige videnskabelige og teknologiske områder.