La curva blu mostra la caduta prevista della densità di energia rispetto alla profondità di penetrazione, quella rossa è la curva migliorata che introduce molta più energia all'interno del livello
Luce che si propaga in uno strato di nanoparticelle di dispersione, mostra il principio di diffusione - come le particelle di tè nell'acqua calda. La luce più profonda sta penetrando nello strato, minore è la densità di energia. Scienziati del Complex Photonics Group dell'Università di Twente, però, riescono a trasformare questa curva di diffusione calante in una crescente, manipolando la luce incidente. Più energia luminosa all'interno di uno strato opaco, è il risultato, che potrebbe portare a celle solari o LED con rendimenti migliori. I risultati sono pubblicati in Nuovo Giornale di Fisica .
Anche in un mezzo caratterizzato dalla casualità, come un insieme di particelle non organizzate che diffondono tutte la luce, la diffusione netta della luce è uniforme. Questo è tipico per la diffusione, un fenomeno che già interessava a fisici come Albert Einstein e Adolf Fick. Possiamo osservarlo tutto intorno a noi.
La casualità negli esperimenti UT esiste di uno strato di vernice bianca. Luce che cade sulla raccolta di particelle di ossido di zinco di cui è fatta la vernice, sarà disperso dalle particelle. Inizierà a interferire con la luce, dispersi dalle particelle vicine. Tuttavia, si distribuirà in modo uniforme. Teoricamente, la densità di energia mostrerà una diminuzione lineare con la profondità di penetrazione. Gli scienziati del Complex Photonics Group (MESA+ Institute for Nanotechnology) non lo hanno dato per scontato e hanno lavorato su un modo per trasformare la curva discendente in una curva ascendente, migliorando così il livello di energia all'interno dello strato. Seguendo la curva di diffusione fondamentale, la densità di energia aumenta fino a metà dello strato e poi cade.
Configurazione sperimentale per misurare la luce che cade e si muove attraverso uno strato opaco, utilizzando la microscopia a fluorescenza per monitorare i risultati.
Ma come farlo senza alterare il livello? E come guardare all'interno dello strato opaco per verificare se funziona? Prima di tutto, gli scienziati non alterano lo strato, ma la luce. La loro tecnica di "modellazione del fronte d'onda" che è stata sviluppata in precedenza, lascia la strada aperta per programmare le onde luminose in modo tale che scelgano i percorsi migliori e mostrino un punto luminoso luminoso sul retro del livello. Questa tecnica è adatta anche per il controllo attivo del processo di diffusione. Ma come dimostrare che la luce si muove secondo la curva desiderata? Gli scienziati mescolano le particelle di vernice con sfere fluorescenti di dimensioni nanometriche che fungono da reporter all'interno dello strato. I livelli energetici locali all'interno dello strato sono indicati dalle sfere fluorescenti che emettono luce, con una telecamera altamente sensibile sul retro dello strato che misura l'intensità fluorescente totale.
I livelli di energia misurati concordano molto con la curva di diffusione migliorata. Così, si può immettere molta più energia luminosa in un mezzo di diffusione. Nelle celle solari, più luce sarebbe disponibile per la conversione in energia elettrica. I LED bianchi possono essere resi più convenienti, e possono essere sviluppati laser migliori con un alto rendimento. Nelle applicazioni mediche, è possibile un migliore controllo dell'illuminazione del tessuto. Prima di tutto, gli scienziati dimostrano che è possibile "ingannare" la luce all'interno di media complessi, che è piuttosto una sfida.
