Licht dat zich voortplant in een laag verstrooiende nanodeeltjes, toont het principe van diffusie - zoals theedeeltjes in heet water. Het diepere licht dringt door in de laag, hoe lager de energiedichtheid. Wetenschappers van de Groep Complex Photonics van de Universiteit Twente, echter, erin slagen om deze dalende diffusiecurve om te zetten in een stijgende, door het invallende licht te manipuleren. Meer lichtenergie in een ondoorzichtige laag, is het resultaat, wat kan leiden tot zonnecellen of LED's met betere opbrengsten. De resultaten zijn gepubliceerd in Nieuw tijdschrift voor natuurkunde .

Zelfs in een medium dat wordt gekenmerkt door willekeur, als een verzameling niet-georganiseerde deeltjes die allemaal licht verstrooien, de netto verspreiding van het licht is uniform. Dit is typisch voor diffusie, een fenomeen waar natuurkundigen als Albert Einstein en Adolf Fick al in geïnteresseerd waren. We kunnen het overal om ons heen waarnemen.

De willekeur in de UT-experimenten bestaat uit een laag witte verf. Licht dat valt op de verzameling zinkoxidedeeltjes waarvan de verf is gemaakt, zal worden verstrooid door de deeltjes. Het zal interfereren met het licht, verstrooid door naburige deeltjes. Hoe dan ook, het zal zich op een uniforme manier verspreiden. theoretisch, de energiedichtheid zal een lineaire daling vertonen met de penetratiediepte. De wetenschappers van de Complex Photonics Group (MESA+ Institute for Nanotechnology) namen dit niet als vanzelfsprekend aan en werkten aan een manier om van de dalende curve een stijgende te maken, waardoor het energieniveau in de laag wordt verbeterd. Na de fundamentele diffusiecurve, de energiedichtheid stijgt tot de helft van de laag en valt dan af.

Maar hoe doe je dat zonder de laag te veranderen? En hoe kijk je in de ondoorzichtige laag om te controleren of het werkt? Allereerst, de wetenschappers veranderen de laag niet, maar het licht. Hun 'wave front shaping'-techniek die eerder werd ontwikkeld, laat de weg open om de lichtgolven zo te programmeren dat ze de beste paden kiezen en een felle lichtvlek aan de achterkant van de laag laten zien. Deze techniek is ook geschikt voor actieve controle van het diffusieproces. Maar hoe bewijs je dat licht beweegt volgens de gewenste curve? De wetenschappers mengen de verfdeeltjes met fluorescerende bolletjes van nanoformaat die als reporters in de laag fungeren. De lokale energieniveaus in de laag worden weergegeven door de fluorescerende bollen die licht uitstralen, met een zeer gevoelige camera aan de achterkant van de laag die de totale fluorescentie-intensiteit meet.

De gemeten energieniveaus komen in hoge mate overeen met de verbeterde diffusiecurve. Dus, beduidend meer lichtenergie kan in een verstrooiingsmedium worden ingevoerd. Bij zonnecellen, er zou meer licht beschikbaar zijn voor de omzetting in elektrische energie. Witte LED's kunnen kosteneffectiever worden gemaakt, en betere lasers met een hoog rendement kunnen worden ontwikkeld. Bij medische toepassingen, betere controle van de verlichting van weefsel is mogelijk. Allereerst, de wetenschappers bewijzen dat het mogelijk is om licht in complexe media te 'bedriegen', wat een hele uitdaging is.