Ljusutbredning i oordningsmaterial är ett ämne av stort intresse för det vetenskapliga samfundet, med tillämpningar inom områdena fotonik och förnybar energi och upptäckten av fascinerande nya fenomen relaterade till vågfysik.

Ett team av forskare med olika expertis inom optisk spektroskopi, fotonik och materialvetenskap har rapporterat om en ny fysisk effekt som visar den sammanhängande naturen hos spontant Raman-spritt ljus. Arbetet, nyligen publicerad i Nature Photonics med titeln "Coherent Backscattering of Raman Light, "banar väg för utvecklingen av ett nytt forskningsfält om komplexa fotoniksystem som utnyttjar både elastiskt (Rayleigh) och oelastiskt (Raman) spritt ljus.

"En tät skog av ultratunna kiseltrådar arrangerade på ett oregelbundet sätt, där ljusvågor studsar fram och tillbaka otaliga gånger innan de kommer ut, är materialet som tillät oss att avslöja detta nya fenomen. Det vi observerade som en makroskopisk fysisk effekt är koherensen mellan Ramans spridda ljusvågor, som vanligtvis förekommer på nanometers skala, givet av fononsammanhangslängden, "säger tidningen av Barbara Fazio (CNR-IPCF, Messina), Matteo Galli (University of Pavia), Francesco Priolo (University of Catania och CNR-IMM) och Diederik Wiersma (LENS, University of Firenze), som ledde studien.

Det fysiska fenomenet är känt som koherent backscattering av ljus, som länge har observerats och studerats endast för elastiskt spritt ljus och nu demonstreras även för oelastisk ljusspridning (Raman). Koherent backspridning av ljus är en mycket subtil störningseffekt som förekommer i störda spridningsmedier (såsom halvledarpulver eller mikropartikelsuspensioner som mjölk eller dimma), i vilken vågsammanhållning bevaras även efter ett mycket stort antal slumpmässiga spridningshändelser, så småningom manifesteras som ett maximalt interferens i den exakta backspridningsriktningen. Forskargruppen visade att detta experimentella bevis överraskande överlever även för oelastisk ljusspridning, såsom den spontana Raman -processen, så länge som den optiska informationen för den förökande vågen bibehålls. I denna typ av oelastisk spridningshändelse, ljus förlorar en liten del av sin energi genom att ändra våglängd (färg). Dess fassammanhang, dock, bevaras under mycket kort tid, vilket gör störningar mellan Ramans spridda vågor fortfarande möjliga.

Det observerade maximala interferensen i den exakta backspridningsriktningen är därför en signatur på den sammanhängande naturen hos enskilda Raman -spridningsprocesser. Hittills, bevis på koherensegenskaperna för Ramanspridning har rapporterats endast genom att titta på nanoskopisk skala, genom komplexa närfältsexperiment med mycket skarpa spetsar eller genom ultrasnabba tidslösta tekniker. Den här gången, dock, forskarna förlitade sig inte på komplexa experiment eller avancerade tekniker. Kombinationen av de unika strukturella egenskaperna hos ett kiselbaserat nanomaterial, ett exakt experimentellt förfarande och framför allt, effektiv brainstorming och synergi mellan forskargrupper var de enda ingredienserna för observation av ett nytt oväntat fysiskt fenomen, som öppnar vägen för nya och viktiga upptäckter.