Un nuovo esperimento apparso su Science mostra che le caratteristiche che sono anche 100 volte più piccole della lunghezza d'onda possono ancora essere rilevate dalla luce.

Non possiamo vedere gli atomi ad occhio nudo perché sono così piccoli rispetto alla lunghezza d'onda della luce. Questo è un esempio di una regola generale nell'ottica:la luce è insensibile alle caratteristiche che sono molto più piccole della lunghezza d'onda ottica. Però, un nuovo esperimento che appare in Scienza mostra che le caratteristiche che sono anche 100 volte più piccole della lunghezza d'onda possono ancora essere rilevate dalla luce.

Hanan Sheinfux e il dottor Yaakov Lumer, dal gruppo del Prof. Moti Segev al Technion -Technical Institute of Israel, ha condotto questo studio in collaborazione con il Dr. Guy Ankonina e il Prof. Guy Bartal (Technion) e il Prof. Azriel Genack (City University of New York).

Il loro lavoro esamina una pila di strati nanometricamente sottili:ogni strato è in media 20, 000 volte più sottile di un foglio di carta. Lo spessore esatto degli strati è volutamente casuale, e normalmente questo disordine nanometrico non dovrebbe avere alcuna importanza fisica. Ma questo esperimento mostra che anche un aumento dello spessore di 2 nm (~ 6 atomi) fino a un singolo strato da qualche parte all'interno della struttura può essere rilevato se la luce illumina la struttura con un angolo di incidenza molto specifico. Per di più, l'effetto combinato di tutte le variazioni casuali in tutti gli strati manifesta un importante fenomeno fisico chiamato localizzazione di Anderson, ma in un regime in cui si credeva avesse effetti evanescenti.

"Questo lavoro dimostra che la luce può essere intrappolata in strutture molto più sottili della lunghezza d'onda della luce e che sono osservabili piccoli cambiamenti in questa struttura, " ha detto il dottor Genack. "Questo rende la struttura altamente sensibile all'ambiente".

La scoperta della localizzazione degli elettroni nel 1958, per il quale Anderson è stato insignito del Premio Nobel nel 1977, è il fenomeno in cui il disordine trasforma un sistema da conduttore a isolante. È stato dimostrato che il fenomeno è un fenomeno ondulatorio generale e che si applica alla luce e al suono, nonché agli elettroni. La localizzazione di Anderson è un effetto notoriamente difficile da dimostrare in laboratorio. In genere, la localizzazione non ha praticamente alcun effetto quando le caratteristiche casuali di un campione sono molto più piccole della lunghezza d'onda. Infatti, la disposizione casuale degli atomi in un mezzo disordinato come il vetro non è osservabile con la luce visibile:il vetro appare completamente omogeneo, anche sotto il miglior microscopio ottico. Però, l'effetto di localizzazione visto in questo recente esperimento è sorprendentemente potente.

Come rozzo analogo alla fisica che consente questi risultati, prova a parlare con un amico nella stessa stanza con un motore rumoroso. Un modo per essere ascoltati è alzare la voce al di sopra del rumore del motore. Ma potrebbe anche essere possibile parlare se riesci a trovare un posto tranquillo nel rumore, dove il suono del motore è relativamente debole. Il suono del motore è analogo all'influenza "media" degli strati e alzare la voce è lo stesso che usare il disturbo "forte" con componenti delle dimensioni della lunghezza d'onda. Però, questo esperimento ha dimostrato che tali strutture esibiscono un "punto eccezionale" che è equivalente al punto tranquillo nella stanza. È un punto in cui, anche se il disturbo è debole (nanometrico), l'effetto medio della struttura è ancora più debole. Le parti dell'esperimento eseguite in prossimità di questo punto mostrano quindi una maggiore sensibilità al disordine e mostrano una localizzazione di Anderson.

Questi risultati sono una prova del concetto che potrebbe aprire la strada a nuove importanti applicazioni nel rilevamento. Questo approccio può consentire l'uso di metodi ottici per effettuare misurazioni ad alta velocità di difetti nanometrici nei chip dei computer e nei dispositivi fotonici.