In een doorbraak die de weg zou kunnen vrijmaken voor nieuwe materialen en kwantumtechnologieën hebben wetenschappers ontdekt hoe licht zich gedraagt ​​in vormloze vaste stoffen, bekend als amorfe materialen, die de reguliere kristalstructuur van traditionele vaste stoffen missen. Deze ontdekking, gepubliceerd in het tijdschrift Nature, werpt licht op de mysterieuze eigenschappen van deze wanordelijke materialen en zou kunnen leiden tot vooruitgang op gebieden als optica, opto-elektronica en hernieuwbare energie.

Amorfe materialen, zoals glas en bepaalde polymeren, zijn overal om ons heen. Ze worden vaak gebruikt in alledaagse voorwerpen zoals ramen, flessen en plastic zakken. Ondanks hun wijdverspreide aanwezigheid is het begrijpen van de interactie van licht met deze materialen een uitdaging vanwege hun gebrek aan orde op lange afstand.

In de nieuwe studie heeft een internationaal team van onderzoekers, onder leiding van wetenschappers van de Universiteit van Cambridge en het Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST), deze uitdaging aangepakt door theoretische berekeningen te combineren met geavanceerde experimentele technieken.

Het team concentreerde zich op een specifiek type amorf materiaal dat bekend staat als chalcogenideglas. Ze gebruikten een combinatie van röntgenverstrooiing en computersimulaties om de ingewikkelde atomaire structuur van het glas in kaart te brengen en te begrijpen hoe dit het gedrag van licht beïnvloedde.

Uit de resultaten bleek dat licht niet op dezelfde manier door amorfe materialen beweegt als in kristallen. In plaats daarvan vertoont het een complex gedrag dat kan worden omschreven als een combinatie van golfachtige en deeltjesachtige eigenschappen. Deze bevinding daagt de traditionele kijk op licht als een simpele golf uit en opent nieuwe mogelijkheden voor het manipuleren van licht in deze wanordelijke systemen.

De onderzoekers ontdekten ook dat de eigenschappen van licht in amorfe materialen afhangen van de specifieke rangschikking van atomen in het materiaal. Deze bevinding suggereert dat het mogelijk kan zijn om amorfe materialen met op maat gemaakte optische eigenschappen voor specifieke toepassingen te ontwerpen en te ontwikkelen.

"Ons werk opent nieuwe wegen voor het onderzoeken en begrijpen van het gedrag van licht in amorfe materialen", zegt professor Steve Elliott, senior auteur van de studie van de Universiteit van Cambridge. "Deze kennis zou kunnen leiden tot de ontwikkeling van nieuwe materialen en apparaten met geavanceerde optische eigenschappen, zoals efficiënte zonnecellen, optische vezels en sensoren."

De bevindingen van het team hebben implicaties voor velden buiten de optica. Amorfe materialen zijn bijvoorbeeld ook veelbelovende kandidaten voor gebruik in kwantumtechnologieën, waarbij het vermogen om licht op kwantumniveau te controleren en te manipuleren cruciaal is voor het bevorderen van kwantumcomputers en kwantumcommunicatie.

"Het vermogen om licht in amorfe materialen te begrijpen en te controleren is essentieel voor het realiseren van het volledige potentieel van deze materialen in verschillende technologische toepassingen", zegt professor Takeshi Egami, co-auteur van de studie van OIST.

De studie vertegenwoordigt een belangrijke stap voorwaarts in ons begrip van amorfe materialen en hun interacties met licht. Het maakt de weg vrij voor verder onderzoek en innovatie en opent nieuwe wegen voor het verkennen van de fascinerende wereld van ongeordende vaste stoffen en hun potentiële toepassingen op verschillende wetenschappelijke en technologische gebieden.