Localizzazione tramite scattering e transizioni spettralmente dipendenti. (A) Localizzazione tramite scattering del primo ordine:onde con diversi numeri d'onda k (diversi colori) subiscono eventi di scattering che dipendono dalla decomposizione spettrale del potenziale. (B) Lo spettro limitato dalla larghezza di banda del disordine correlato, , rappresenta reticoli con ampiezza e fase casuali. Le componenti diverse da zero si trovano negli intervalli [ ±k0 − Δk/2, ± k0 +Δk/2]. (C) Processi di scattering mediati da una singola componente spettrale k0 [da ], con la curva di dispersione β(k) =k 2 /2β che descrive il disadattamento di fase. Una transizione accoppiata in fase del primo ordine:un'onda di numero d'onda −k0 /2 si disperde in modo efficiente a k0 /2 perché β(−k0 /2) =β(k0 /2). Quando un'onda si disperde da −k0 si verifica una transizione di secondo ordine adattata in fase a 0 e successivamente a k0 . Lo stato intermedio a k =0 è chiamato virtuale perché è in fase non corrispondente all'onda iniziale β( − k0 ) diverso da β(0). Con la componente del reticolo a ±k0 , non esiste uno scattering di fase per un'onda che inizia con −0,75k0 . Credito:Progressi scientifici (2022). DOI:10.1126/sciadv.abn7769
In collaborazione con il gruppo del professor Mordechai Segev (Technion, Israel Institute of Technology), i fisici del gruppo del professor Alexander Szameit (Università di Rostock) hanno dimostrato un nuovo tipo di meccanismo che può impedire alle onde luminose di diffondersi liberamente. Finora, l'effetto fisico sottostante era stato considerato troppo debole per arrestare completamente l'espansione delle onde. Nei loro recenti esperimenti, i fisici hanno osservato che tale localizzazione della luce è comunque possibile, dimostrando la straordinaria sensibilità della propagazione delle onde su un'ampia gamma di scale di lunghezza spaziale. La loro scoperta è stata recentemente pubblicata sulla rivista Science Advances .
Nel 1958, Phil Anderson sorprese la comunità scientifica internazionale prevedendo che un conduttore elettrico (come il rame) può trasformarsi bruscamente in un isolante (come il vetro), quando l'ordine dei cristalli atomici è sufficientemente scosso. Nel gergo dei fisici, tale "disordine" può bloccare gli elettroni che altrimenti si muovono liberamente e quindi impedire qualsiasi corrente elettrica sostanziale attraverso il materiale. Questo fenomeno fisico, noto come "localizzazione di Anderson", può essere spiegato solo dalla moderna meccanica quantistica, in cui gli elettroni sono trattati non solo come particelle, ma anche come onde. A quanto pare, questo effetto, per il quale Phil Anderson ha ricevuto una quota del Premio Nobel per la Fisica 1977, si applica anche alle impostazioni classiche:il disturbo può anche sopprimere la propagazione delle onde sonore o persino dei raggi di luce.
La ricerca dei professori di fisica Alexander Szameit e Mordechai Segev si occupa delle proprietà della luce e della sua interazione con la materia. Di recente, il team del professor Segev ha fatto una scoperta sorprendente:le onde luminose possono anche mostrare la localizzazione di Anderson indotta se il disturbo è praticamente per loro. Andando ben oltre le considerazioni originali di Phil Anderson, questo nuovo tipo di disturbo contiene esclusivamente distribuzioni spazialmente periodiche con determinate lunghezze d'onda.
"Ingenuamente, ci si aspetterebbe che solo quelle onde la cui distribuzione spaziale in qualche modo corrisponda alle scale di lunghezza del disturbo possano esserne influenzate e potenzialmente sperimentare la localizzazione di Anderson", spiega Sebastian Weidemann, Ph.D. studente presso l'Istituto di Fisica nel gruppo del Professor Szameit.
"Altre onde dovrebbero essenzialmente propagarsi come se non ci fosse alcun disturbo", continua il dottor Mark Kremer, anch'egli del gruppo del professor Szameit.
Al contrario, il recente lavoro teorico del team Technion ha suggerito che la propagazione delle onde potrebbe essere drammaticamente influenzata anche da tale "disordine invisibile".
"Quando le onde luminose possono interagire più volte con il disturbo invisibile, un effetto sorprendentemente forte può accumularsi e arrestare tutta la propagazione della luce", afferma il Ph.D. lo studente Alex Dikopoltsev del gruppo del professor Segev mentre descrive l'effetto.
In stretta collaborazione, i fisici di Rostock e Israele dimostrano per la prima volta il nuovo meccanismo di localizzazione. "A tal fine, abbiamo costruito materiali artificiali disordinati da chilometri di fibra ottica. Disposte in modo intricato, le nostre reti ottiche emulano la diffusione spaziale degli elettroni in materiali disordinati. Questo ci ha permesso di osservare direttamente come strutture praticamente invisibili possono irretire con successo le onde luminose ", spiega Sebastian Weidemann, che ha condotto gli esperimenti insieme al Dr. Mark Kremer.
Le scoperte costituiscono un progresso significativo nella ricerca fondamentale sulla propagazione delle onde in mezzi disordinati e potenzialmente aprono la strada a una nuova generazione di materiali sintetici che sfruttano il disordine per sopprimere selettivamente le correnti; se luce, suono o anche elettroni. + Esplora ulteriormente
