Ljusare lysdioder och effektivare solceller är två potentiella tillämpningar för A*STAR:s forskning om gitterstrukturer som kan bromsa eller fånga ljus.

Att utnyttja vågenergi genom att lokalisera den och undertrycka dess spridning genom ett medium är en kraftfull teknik. Nu, Alagappin Gandhi och Png Ching Eng Jason från A*STAR Institute of High Performance Computing har beräknat en design som lokaliserar ljus i små slingor, inom en tvådimensionell struktur skapad genom att slå ihop två galler med lite olika periodiciteter.

Den nya tekniken är inte begränsad till ljus, och kan möjliggöra konstruktion av system som exakt kan styra vågenergi i alla områden och i alla skalor - ljud, termisk, vatten, eller till och med materia vågor som i Bose-Einstein kondensat.

För ljusbaserade enheter kan de nya insikterna användas för att bygga effektivare fotoniska komponenter, sa Gandhi.

"Om du mönstrar ytan på en LED med sammanslagna galler hjälper det till att få ut ljuset effektivt, "sa Gandhi." För en solcell, men sammanslagna galler hjälper ljuset att komma in bättre så att mer energi kan skördas. "

Möjligheten att skapa resonatorer där ljus är lokaliserat på ytan av en enhet har också applikationer i kvantberäkningskomponenter baserade på ljus, såsom defekter i diamant.

Gandhi och Png konstruerade strukturerna genom att överlagra galler av små cirkulära dielektriska material med perioder i ett enkelt förhållande R:R-1-till exempel slås ett galler ihop med ett annat vars avstånd är 4/3 så stort, eller 5/4, 6/5 etc.

"Det skapar en tvådimensionell effekt som liknar slag mellan två vågor med mycket nära frekvens, "Gandhi sa." Där det finns antinoder är ljuset lokaliserat i form av en stängd väg. "

Gandhi sa att skapandet av ett regelbundet utbud av lokaliserade slingor av ljus stod i kontrast med Anderson Localization, som härrör från slumpmässighet i en struktur. "Detta är ett systematiskt sätt att skapa ett stort antal slingor, "Sa Gandhi.

Gandhi och Png körde numeriska simuleringar av ljusets spridning i ett våglängdsområde något under det för gitteravståndet, och beräknade energibandstrukturen. De fann att när R ökade, det växte fram ett stort antal energiband vars ljus hade en grupphastighet på noll, ljusets signatur lokaliserad i kristallen.

Gandhi sa att sammanslagna gitter också skulle ge forskare ett sätt att utforska topologiska egenskaper, som skyddade kantlägen.