La propagazione della luce nei materiali disordinati è un argomento di grande interesse per la comunità scientifica, con applicazioni nel campo della fotonica e delle energie rinnovabili e la scoperta di nuovi affascinanti fenomeni legati alla fisica delle onde.

Un team di ricercatori con diverse competenze nel campo della spettroscopia ottica, la fotonica e la scienza dei materiali hanno riferito di un nuovo effetto fisico che dimostra la natura coerente della luce spontanea diffusa da Raman. Il lavoro, recentemente pubblicato in Fotonica della natura con il titolo "Coherent Backscattering of Raman Light, " apre la strada allo sviluppo di un nuovo campo di ricerca sui sistemi fotonici complessi che sfruttano la luce diffusa sia elastica (Rayleigh) che anelastica (Raman).

"Una fitta foresta di fili di silicio ultrasottili disposti in modo disordinato, in cui le onde luminose rimbalzano avanti e indietro innumerevoli volte prima di uscire, è il materiale che ci ha permesso di svelare questo nuovo fenomeno. Quello che abbiamo osservato come effetto fisico macroscopico è la coerenza tra le onde luminose sparse Raman, che tipicamente si verifica sulla scala dei nanometri, data dalla lunghezza di coerenza fononica, " dice il paper di Barbara Fazio (CNR-IPCF, Messina), Matteo Galli (Università di Pavia), Francesco Priolo (Università di Catania e CNR-IMM) e Diederik Wiersma (LENS, Università di Firenze), che ha condotto lo studio.

Il fenomeno fisico è noto come retrodiffusione coerente della luce, che è stata a lungo osservata e studiata solo per la luce diffusa elasticamente ed ora è dimostrata anche per la diffusione anelastica della luce (Raman). La retrodiffusione coerente della luce è un effetto di interferenza molto sottile che si verifica in mezzi di diffusione disordinati (come polveri di semiconduttori o sospensioni di microparticelle come latte o nebbia), in cui la coerenza dell'onda è preservata anche dopo un numero molto elevato di eventi casuali di scattering, eventualmente manifestandosi come un massimo di interferenza nell'esatta direzione di retrodiffusione. Il team di ricercatori ha dimostrato che questa evidenza sperimentale sopravvive sorprendentemente anche per diffusione anelastica della luce, come il processo Raman spontaneo, fintanto che viene conservata l'informazione ottica dell'onda di propagazione. In questo tipo di evento di scattering anelastico, la luce perde una piccola parte della sua energia cambiando lunghezza d'onda (colore). La sua coerenza di fase, però, si conserva per pochissimo tempo, rendendo così ancora possibile l'interferenza tra le onde sparse Raman.

Il massimo osservato di interferenza nell'esatta direzione di retrodiffusione è quindi una firma della natura coerente dei singoli processi di diffusione Raman. Ad oggi, prove sulle proprietà di coerenza dello scattering Raman sono state riportate solo guardando alla scala nanoscopica, attraverso complessi esperimenti in campo vicino che utilizzano punte molto affilate o attraverso tecniche di risoluzione temporale ultrarapida. Questa volta, però, i ricercatori non si sono basati su esperimenti complessi o tecniche avanzate. La combinazione delle proprietà strutturali uniche di un nanomateriale a base di silicio, una procedura sperimentale accurata e, soprattutto, il brainstorming efficace e la sinergia tra i gruppi di ricerca sono stati gli unici ingredienti per l'osservazione di un nuovo fenomeno fisico inaspettato, che apre la strada a nuove e importanti scoperte.