In samenwerking met de groep van professor Mordechai Segev (Technion, Israel Institute of Technology), hebben natuurkundigen van de groep van professor Alexander Szameit (Universiteit van Rostock) een nieuw type mechanisme aangetoond dat kan voorkomen dat lichtgolven zich vrij verspreiden. Tot dusver werd het onderliggende fysieke effect als veel te zwak beschouwd om de golfuitbreiding volledig te stoppen. In hun recente experimenten merkten de natuurkundigen op dat een dergelijke lichtlokalisatie desalniettemin mogelijk is, wat de griezelige gevoeligheid van golfvoortplanting over een breed scala aan ruimtelijke lengteschalen aantoont. Hun ontdekking werd onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Science Advances .

In 1958 verraste Phil Anderson de internationale wetenschappelijke gemeenschap door te voorspellen dat een elektrische geleider (zoals koper) abrupt kan veranderen in een isolator (zoals glas), wanneer de atomaire kristalorde voldoende wordt opgeschud. In het jargon van natuurkundigen kan een dergelijke "stoornis" de anders vrij bewegende elektronen vastzetten, en zo substantiële elektrische stromen door het materiaal voorkomen. Dit fysieke fenomeen, bekend als "Anderson-lokalisatie", kan alleen worden verklaard door de moderne kwantummechanica, waarbij elektronen niet alleen als deeltjes, maar ook als golven worden behandeld. Het blijkt dat dit effect, waarvoor Phil Anderson een deel van de Nobelprijs voor natuurkunde 1977 kreeg, ook geldt voor klassieke omgevingen:stoornis kan ook de voortplanting van geluidsgolven of zelfs lichtstralen onderdrukken.

Het onderzoek van de natuurkundeprofessoren Alexander Szameit en Mordechai Segev gaat over de eigenschappen van licht en de interactie met materie. Onlangs deed het team van professor Segev een verbazingwekkende ontdekking:lichtgolven kunnen zelfs geïnduceerde Anderson-lokalisatie laten zien als de aandoening praktisch voor hen is. Dit nieuwe type stoornis gaat veel verder dan de oorspronkelijke overwegingen van Phil Anderson en bevat uitsluitend ruimtelijk periodieke verdelingen met bepaalde golflengten.

"Natuurlijk zou je verwachten dat alleen die golven waarvan de ruimtelijke verdelingen op de een of andere manier overeenkomen met de lengteschalen van de aandoening, hierdoor kunnen worden beïnvloed en mogelijk Anderson-lokalisatie ervaren", legt Sebastian Weidemann, die een Ph.D. student aan het Instituut voor Natuurkunde in de groep van Professor Szameit.

"Andere golven zouden zich in wezen moeten voortplanten alsof er helemaal geen wanorde is", vervolgt Dr. Mark Kremer, die ook uit de groep van Professor Szameit komt.

Daarentegen suggereerde het recente theoretische werk van het Technion-team dat de voortplanting van golven zelfs door zo'n "onzichtbare stoornis" dramatisch zou kunnen worden beïnvloed.

"Wanneer lichtgolven meerdere keren kunnen interageren met de onzichtbare stoornis, kan een verrassend sterk effect alle lichtvoortplanting opbouwen en stoppen", zegt Ph.D. student Alex Dikopoltsev van de groep van professor Segev terwijl hij het effect beschrijft.

In nauwe samenwerking demonstreren de natuurkundigen uit Rostock en Israël voor het eerst het nieuwe lokalisatiemechanisme. "Hiervoor hebben we kunstmatige ongeordende materialen geconstrueerd uit kilometers optische vezels. Onze optische netwerken zijn op een ingewikkelde manier gerangschikt en bootsen de ruimtelijke verspreiding van elektronen in ongeordende materialen na. Hierdoor konden we direct waarnemen hoe praktisch onzichtbare structuren met succes lichtgolven kunnen vangen ", legt Sebastian Weidemann uit, die de experimenten samen met Dr. Mark Kremer heeft uitgevoerd.

De ontdekkingen vormen een belangrijke vooruitgang in fundamenteel onderzoek naar de voortplanting van golven in ongeordende media, en maken mogelijk de weg vrij voor een nieuwe generatie synthetische materialen die wanorde gebruiken om stromingen selectief te onderdrukken; of het nu licht, geluid of zelfs elektronen zijn. + Verder verkennen

Stop-motion fotonen:gelokaliseerde lichtdeeltjes op de weg