Il suono e la luce sono fondamentali per la nostra vita e sono essenziali in molte energie, tecnologie della comunicazione e dell'informazione. La loro interazione permette molte osservazioni fondamentali in fisica, dalla rivelazione delle onde gravitazionali cosmiche al raffreddamento dei sistemi quantistici nel loro stato fondamentale quantistico. Però, la loro interazione può essere sottile e debole. Migliorare la loro interazione richiede di confinare entrambe le onde nello stesso luogo, il che rappresenta una notevole sfida tecnologica.

Nelle nanotecnologie, questo è stato risolto creando cavità basandosi su modelli fabbricati con molta attenzione. Questo approccio è esigente e facilmente disturbato dal disordine e dai difetti. In un lavoro recentemente pubblicato su Lettere di revisione fisica si propone un approccio totalmente diverso, dove non sono necessarie simmetria e periodicità, e il disordine è abbracciato. Il lavoro è stato svolto in stretta collaborazione con il Dr. Daniel Lanzillotti-Kimura, un ricercatore al CNRS in Francia. Il primo autore dell'opera è Guillermo Arregui e l'ultimo è il dottor Pedro David García, entrambi del Gruppo ICN2 Phononic and Photonic Nanostructures guidato da ICREA Prof. Dr. Clivia M. Sotomayor-Torres.

Ordine, simmetria e periodicità sono parole che hanno sempre entusiasmato i ricercatori. Per i fisici, l'appello è che i sistemi regolari tendono a obbedire a leggi semplici (o almeno simmetriche). Anche i sistemi complessi sono semplificati nella loro descrizione, che aiuta a capire i loro meccanismi sottostanti. Però, il mondo è complesso. Però, comprendere la complessità intrinseca della natura richiede in definitiva di allontanarsi dalla perfetta simmetria e periodicità. Sorprendentemente, come mostrano gli autori in questo lavoro, il disordine e la complessità possono essere sfruttati come una risorsa invece di essere trattati solo come un fastidio inevitabile. Nel lavoro recentemente pubblicato, disturbo viene utilizzato per localizzare simultaneamente suono e luce su scala nanometrica.

I ricercatori dell'Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2) e del Centre de Nanosciences et Nanotechnologies – C2N (CNRS / Université Paris-Sud) propongono una struttura a semiconduttore multistrato casuale dove una sottile combinazione delle loro proprietà materiali forza la simultanea co-localizzazione di suono e luce. Le equazioni che regolano la propagazione della luce e del suono negli stack costituiti da arseniuro di gallio (GaAs) e arseniuro di alluminio (AlAs) sono estremamente simili, portando a una colocalizzazione di Anderson di entrambe le eccitazioni in reticoli casuali. Ciò è dovuto a una sorprendente corrispondenza nel contrasto dei loro indici di rifrazione e delle loro velocità del suono, rispettivamente, qualcosa che non accade, Per esempio, con altri materiali simili come Si/Ge o InP/GaP. La colocalizzazione in reticoli casuali induce un potenziamento dell'interazione tra i campi luminosi e sonori. Questa interazione si basa sul fatto che la luce trasporta una quantità di moto che può essere trasferita a un oggetto e spostarlo. Come contropartita, un oggetto in movimento può spostare la frequenza della luce. Nella vita di tutti i giorni, questa interazione è estremamente piccola con effetti trascurabili.

Per migliorare queste interazioni reciproche, l'approccio seguito dalla nanotecnologia è quello di concentrare la luce in piccoli volumi e utilizzare piccoli oggetti per i quali questi effetti diventano osservabili. Qui, mostriamo che non è richiesto alcun progetto particolare per ottenere questa interazione osservabile reciproca, rilassando così sostanzialmente le esigenze di fabbricazione. Questo risultato può essere utilizzato per sfruttare l'interazione tra luce e suono in strutture progettate arbitrariamente, allentando così i requisiti di fabbricazione molto esigenti attualmente necessari nella nanotecnologia. L'effetto di co-localizzazione mostrato nel nuovo lavoro sblocca l'accesso a fenomeni di localizzazione inesplorati e l'ingegneria delle interazioni luce-materia mediate da stati localizzati di Anderson.