Geluid en licht zijn cruciaal voor ons leven en essentieel in veel energie, communicatie- en informatietechnologieën. Hun interactie maakt veel fundamentele observaties in de natuurkunde mogelijk, van de detectie van kosmische zwaartekrachtsgolven tot het afkoelen van kwantumsystemen tot hun kwantumgrondtoestand. Echter, hun interactie kan subtiel en zwak zijn. Om hun interactie te verbeteren, moeten beide golven op dezelfde plaats worden opgesloten, wat een aanzienlijke technologische uitdaging is.

Bij nanotechnologie is dit is opgelost door holtes te creëren op basis van zeer zorgvuldig vervaardigde patronen. Deze benadering is veeleisend en wordt gemakkelijk verstoord door wanorde en gebreken. In een werk dat onlangs is gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven een totaal andere benadering wordt voorgesteld, waar symmetrie en periodiciteit niet nodig zijn, en wanorde wordt omarmd. Het werk is gedaan in nauwe samenwerking met Dr. Daniel Lanzillotti-Kimura, een onderzoeker bij CNRS in Frankrijk. De eerste auteur van het werk is Guillermo Arregui en de laatste is Dr. Pedro David García, beide van de ICN2 Phononic and Photonic Nanostructures Group onder leiding van ICREA Prof. Dr. Clivia M. Sotomayor-Torres.

Volgorde, symmetrie en periodiciteit zijn woorden die onderzoekers altijd enthousiast hebben gemaakt. Voor natuurkundigen, de aantrekkingskracht is dat reguliere systemen de neiging hebben om eenvoudige (of op zijn minst symmetrische) wetten te gehoorzamen. Zelfs complexe systemen zijn vereenvoudigd in hun beschrijving, die helpt bij het begrijpen van hun onderliggende mechanismen. Echter, de wereld is ingewikkeld. Echter, om de inherente complexiteit van de natuur te begrijpen, moet uiteindelijk worden afgeweken van perfecte symmetrie en periodiciteit. Opmerkelijk, zoals de auteurs in dit werk laten zien, wanorde en complexiteit kunnen worden uitgebuit als een hulpbron in plaats van te worden behandeld als een onvermijdelijke ergernis. In het onlangs verschenen werk wanorde wordt gebruikt om geluid en licht gelijktijdig op nanoschaal te lokaliseren.

Onderzoekers van het Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2) en het Centre de Nanosciences et Nanotechnologies – C2N (CNRS / Université Paris-Sud) stellen een willekeurige meerlagige halfgeleiderstructuur voor waarbij een subtiele combinatie van hun materiaaleigenschappen de gelijktijdige co-lokalisatie van geluid en licht. De vergelijkingen die de voortplanting van licht en geluid bepalen in stapels gemaakt van galliumarsenide (GaAs) en aluminiumarsenide (AlAs) lijken sterk op elkaar, wat leidt tot een Anderson-colokalisatie van beide excitaties in willekeurige roosters. Dit komt door een verrassende afstemming in het contrast van hun brekingsindices en hun geluidssnelheden, respectievelijk, iets dat niet gebeurt, bijvoorbeeld, met andere gelijkaardige materialen zoals Si/Ge of InP/GaP. De colokalisatie in willekeurige roosters zorgt voor een versterking van de interactie tussen de licht- en geluidsvelden. Deze interactie is gebaseerd op het feit dat licht een momentum heeft dat kan worden overgedragen op een object en het kan verplaatsen. Als tegenpartij, een bewegend object kan de frequentie van licht verschuiven. In het dagelijkse leven, deze interactie is extreem klein, wat resulteert in verwaarloosbare effecten.

Om deze onderlinge interacties te versterken, de benadering van nanotechnologie is om licht te concentreren in kleine volumes en gebruik te maken van kleine objecten waarvoor deze effecten waarneembaar worden. Hier, laten we zien dat er geen specifiek ontwerp nodig is om deze wederzijds waarneembare interactie te bereiken, waardoor de fabricagebehoeften aanzienlijk worden versoepeld. Deze prestatie kan worden gebruikt om de interactie tussen licht en geluid te benutten in willekeurig ontworpen structuren, waardoor de zeer veeleisende fabricagevereisten die momenteel nodig zijn in nanotechnologie, worden versoepeld. Het co-lokalisatie-effect dat in het nieuwe werk wordt getoond, ontgrendelt de toegang tot onontgonnen lokalisatiefenomenen en de engineering van licht-materie-interacties gemedieerd door Anderson-gelokaliseerde toestanden.