Localización mediante dispersión y transiciones dependientes del espectro. (A) Localización mediante dispersión de primer orden:las ondas con diferentes números de onda k (diferentes colores) sufren eventos de dispersión que dependen de la descomposición espectral del potencial. (B) El espectro de ancho de banda limitado del desorden correlacionado, representa rejillas con amplitud y fase aleatorias. Los componentes distintos de cero se encuentran en los intervalos [ ±k0 − Δk/2, ± k0 +Δk/2]. (C) Procesos de dispersión mediados por un único componente espectral k0 [de], con la curva de dispersión β(k) =k 2 /2β que describe el desajuste de fase. Una transición de fase coincidente de primer orden:una onda de número de onda −k0 /2 se dispersa eficientemente a k0 /2 porque β(−k0 /2) =β(k0 /2). Una transición de fase coincidente de segundo orden tiene lugar cuando una onda se dispersa desde −k0 a 0 y posteriormente a k0 . El estado intermedio en k =0 se llama virtual porque está desfasado con la onda inicial β( − k0 ) desigual a β(0). Con el componente de rejilla en ±k0 , no hay dispersión de fase coincidente para una onda que comienza con −0.75k0 . Crédito:Avances científicos (2022). DOI:10.1126/sciadv.abn7769
En colaboración con el grupo del profesor Mordechai Segev (Technion, Instituto de Tecnología de Israel), físicos del grupo del profesor Alexander Szameit (Universidad de Rostock) han demostrado un nuevo tipo de mecanismo que puede evitar que las ondas de luz se propaguen libremente. Hasta ahora, el efecto físico subyacente se había considerado demasiado débil para detener por completo la expansión de las olas. En sus experimentos recientes, los físicos observaron que esa localización de la luz es, sin embargo, posible, lo que demuestra la extraña sensibilidad de la propagación de ondas en una amplia gama de escalas de longitud espacial. Su descubrimiento fue publicado recientemente en la revista Science Advances .
En 1958, Phil Anderson sorprendió a la comunidad científica internacional al predecir que un conductor eléctrico (como el cobre) puede convertirse abruptamente en un aislante (como el vidrio), cuando el orden de los cristales atómicos se agita lo suficiente. En la jerga de los físicos, tal "desorden" puede fijar los electrones que de otro modo se mueven libremente y, por lo tanto, evitar cualquier corriente eléctrica sustancial a través del material. Este fenómeno físico, conocido como "localización de Anderson", solo puede explicarse mediante la mecánica cuántica moderna, donde los electrones se tratan no solo como partículas, sino también como ondas. Resulta que este efecto, por el que Phil Anderson recibió una parte del Premio Nobel de Física de 1977, también se aplica a los escenarios clásicos:el desorden también puede suprimir la propagación de ondas sonoras o incluso haces de luz.
La investigación de los profesores de física Alexander Szameit y Mordechai Segev trata sobre las propiedades de la luz y su interacción con la materia. Recientemente, el equipo del profesor Segev hizo un descubrimiento asombroso:las ondas de luz pueden incluso mostrar la localización de Anderson inducida si el trastorno es prácticamente para ellos. Yendo mucho más allá de las consideraciones originales de Phil Anderson, este nuevo tipo de trastorno contiene exclusivamente distribuciones espacialmente periódicas con ciertas longitudes de onda.
"Ingenuamente, uno esperaría que solo aquellas ondas cuyas distribuciones espaciales coincidan de alguna manera con las escalas de longitud del trastorno puedan verse afectadas por él y experimentar potencialmente la localización de Anderson", explica Sebastian Weidemann, quien es Ph.D. estudiante del Instituto de Física en el grupo del profesor Szameit.
"Esencialmente, otras ondas deberían propagarse como si no hubiera ningún desorden", continúa el Dr. Mark Kremer, quien también es del grupo del profesor Szameit.
Por el contrario, el trabajo teórico reciente del equipo Technion sugirió que la propagación de las ondas podría verse afectada dramáticamente incluso por tal "desorden invisible".
"Cuando las ondas de luz pueden interactuar varias veces con el desorden invisible, un efecto sorprendentemente fuerte puede acumularse y detener toda la propagación de la luz", dice Ph.D. el estudiante Alex Dikopoltsev del grupo del profesor Segev mientras describe el efecto.
En estrecha colaboración, los físicos de Rostock e Israel demuestran el nuevo mecanismo de localización por primera vez. "Con este fin, construimos materiales desordenados artificiales a partir de kilómetros de fibra óptica. Dispuestas de manera intrincada, nuestras redes ópticas emulan la dispersión espacial de electrones en materiales desordenados. Esto nos permitió observar directamente cómo estructuras prácticamente invisibles pueden atrapar ondas de luz con éxito. ", explica Sebastian Weidemann, quien realizó los experimentos junto con el Dr. Mark Kremer.
Los descubrimientos constituyen un avance significativo en la investigación fundamental sobre la propagación de ondas en medios desordenados y allanan potencialmente el camino hacia una nueva generación de materiales sintéticos que aprovechan el desorden para suprimir selectivamente las corrientes; ya sea luz, sonido o incluso electrones. Fotones de stop-motion:Partículas de luz localizadas en la carretera
