Een nieuw experiment dat in Science verschijnt, laat zien dat kenmerken die zelfs 100 keer kleiner zijn dan de golflengte, nog steeds door licht kunnen worden waargenomen.

We kunnen atomen niet met het blote oog zien omdat ze zo klein zijn in verhouding tot de golflengte van het licht. Dit is een voorbeeld van een algemene regel in de optica:licht is ongevoelig voor kenmerken die veel kleiner zijn dan de optische golflengte. Echter, een nieuw experiment dat verschijnt in Wetenschap laat zien dat kenmerken die zelfs 100 keer kleiner zijn dan de golflengte, nog steeds door licht kunnen worden waargenomen.

Hanan Sheinfux en Dr. Yaakov Lumer, van de groep van Prof. Moti Segev aan het Technion -Technical Institute of Israel, voerde deze studie uit in samenwerking met Dr. Guy Ankonina en Prof. Guy Bartal (Technion) en Prof. Azriel Genack (City University of New York).

Hun werk onderzoekt een stapel nanometrisch dunne lagen - elke laag is gemiddeld 20, 000 keer dunner dan een vel papier. De exacte dikte van de lagen is met opzet willekeurig, en normaal gesproken zou deze nanometrische aandoening geen fysiek belang moeten hebben. Maar dit experiment laat zien dat zelfs een toename van 2 nm (~6 atomen) dikte tot één enkele laag ergens in de structuur kan worden waargenomen als licht de structuur onder een zeer specifieke invalshoek verlicht. Verder, het gecombineerde effect van alle willekeurige variaties in alle lagen manifesteert een belangrijk fysiek fenomeen genaamd Anderson-lokalisatie, maar in een regime waar men dacht dat het verdwijnende kleine effecten had.

"Dit werk toont aan dat licht kan worden gevangen in structuren die veel dunner zijn dan de golflengte van licht en dat minieme veranderingen in deze structuur waarneembaar zijn, " zei Dr. Genack. "Dit maakt de structuur zeer gevoelig voor de omgeving."

De ontdekking van elektronenlokalisatie in 1958, waarvoor Anderson in 1977 de Nobelprijs kreeg, is het fenomeen waarbij wanorde een systeem verandert van een geleider in een isolator. Het is aangetoond dat het fenomeen een algemeen golfverschijnsel is en zowel van toepassing is op licht en geluid als op elektronen. Anderson-lokalisatie is een notoir moeilijk effect om in het laboratorium aan te tonen. Over het algemeen, lokalisatie heeft praktisch geen effect wanneer willekeurige kenmerken van een monster veel kleiner zijn dan de golflengte. Inderdaad, de willekeurige rangschikking van de atomen in een ongeordend medium zoals glas is niet waarneembaar met zichtbaar licht:het glas ziet er volledig homogeen uit, zelfs onder de beste optische microscoop. Echter, het lokalisatie-effect dat in dit recente experiment werd waargenomen, is verrassend krachtig.

Als een ruwe analoog van de fysica die deze resultaten mogelijk maakt, probeer te praten met een vriend in dezelfde kamer met een luide motor. Een manier om gehoord te worden is door uw stem boven het geluid van de motor uit te laten stijgen. Maar het is misschien ook mogelijk om te praten als je een rustig plekje in het lawaai kunt vinden, waar het geluid van de motor relatief zwak is. Het geluid van de motor is analoog aan de "gemiddelde" invloed van de lagen en je stem verheffen is hetzelfde als het gebruik van "sterke" wanorde met componenten ter grootte van een golflengte. Echter, dit experiment heeft aangetoond dat dergelijke structuren een "uitzonderlijk punt" vertonen dat overeenkomt met de rustige plek in de kamer. Het is een punt waar, zelfs als de aandoening zwak is (nanometrische), het gemiddelde effect van de structuur is nog zwakker. De delen van het experiment die in de buurt van dit punt zijn uitgevoerd, vertonen daarom een ​​verhoogde gevoeligheid voor wanorde en vertonen Anderson-lokalisatie.

Deze bevindingen zijn een proof-of-concept die de weg kan effenen voor belangrijke nieuwe toepassingen in detectie. Deze benadering kan het gebruik van optische methoden mogelijk maken om met hoge snelheid nanometrische defecten in computerchips en fotonische apparaten te meten.