El sonido y la luz son cruciales para nuestra vida y son esenciales en muchas energías, tecnologías de la información y las comunicaciones. Su interacción permite muchas observaciones fundamentales en física, desde la detección de ondas gravitacionales cósmicas hasta el enfriamiento de los sistemas cuánticos en su estado fundamental cuántico. Sin embargo, su interacción puede ser sutil y débil. Mejorar su interacción requiere confinar ambas ondas en el mismo lugar, lo que es un desafío tecnológico considerable.

En nanotecnología, esto se ha resuelto creando cavidades basándose en patrones fabricados con mucho cuidado. Este enfoque es exigente y se ve afectado fácilmente por el desorden y los defectos. En un trabajo publicado recientemente en Cartas de revisión física se propone un enfoque totalmente diferente, donde la simetría y la periodicidad no son necesarias, y se abraza el desorden. El trabajo se ha realizado en estrecha colaboración con el Dr. Daniel Lanzillotti-Kimura, investigador del CNRS en Francia. El primer autor del trabajo es Guillermo Arregui y el último es el Dr. Pedro David García, ambos del Grupo ICN2 de Nanoestructuras Fonónicas y Fotónicas liderado por la Prof. Dra. Clivia M. Sotomayor-Torres de ICREA.

Pedido, simetría y periodicidad son palabras que siempre han emocionado a los investigadores. Para los físicos, el atractivo es que los sistemas regulares tienden a obedecer leyes simples (o al menos simétricas). Incluso los sistemas complejos se simplifican en su descripción, lo que ayuda a comprender sus mecanismos subyacentes. Sin embargo, el mundo es complejo. Sin embargo, comprender la complejidad inherente de la naturaleza requiere, en última instancia, apartarse de la simetría y la periodicidad perfectas. Notablemente, como muestran los autores en este trabajo, el desorden y la complejidad pueden explotarse como un recurso en lugar de tratarse simplemente como una molestia inevitable. En el trabajo recientemente publicado, El desorden se utiliza para localizar simultáneamente el sonido y la luz a nanoescala.

Investigadores del Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2) y el Centre de Nanosciences et Nanotechnologies - C2N (CNRS / Université Paris-Sud) proponen una estructura de semiconductores multicapa aleatoria donde una sutil combinación de sus propiedades materiales fuerza la co-localización simultánea de sonido y luz. Las ecuaciones que gobiernan la propagación de la luz y el sonido en pilas hechas de arseniuro de galio (GaAs) y arseniuro de aluminio (AlAs) son extremadamente similares, lo que lleva a una colocalización de Anderson de ambas excitaciones en celosías aleatorias. Esto se debe a una coincidencia sorprendente en el contraste de sus índices de refracción y sus velocidades de sonido, respectivamente, algo que no pasa, por ejemplo, con otros materiales similares como Si / Ge o InP / GaP. La colocalización en celosías aleatorias induce una mejora de la interacción entre los campos de luz y sonido. Esta interacción se basa en el hecho de que la luz lleva un impulso que se puede transferir a un objeto y moverlo. Como contraparte, un objeto en movimiento puede cambiar la frecuencia de la luz. En todos los días de la vida, esta interacción es extremadamente pequeña y tiene efectos insignificantes.

Para mejorar estas interacciones mutuas, el enfoque seguido por la nanotecnología es concentrar la luz en pequeños volúmenes y hacer uso de pequeños objetos para los que estos efectos se vuelven observables. Aquí, mostramos que no se requiere un diseño particular para lograr esta interacción mutua observable, relajando así sustancialmente las necesidades de fabricación. Este logro puede usarse para explotar la interacción entre la luz y el sonido en estructuras diseñadas arbitrariamente, relajando así los muy exigentes requisitos de fabricación que se necesitan actualmente en nanotecnología. El efecto de co-localización mostrado en el nuevo trabajo desbloquea el acceso a fenómenos de localización inexplorados y la ingeniería de interacciones luz-materia mediadas por estados localizados por Anderson.