Ljud och ljus är avgörande för vårt liv och är avgörande för mycket energi, kommunikation och informationsteknik. Deras interaktion tillåter många grundläggande observationer inom fysik, från detektering av kosmiska gravitationsvågor till kylning av kvantsystem till deras kvantjordtillstånd. Dock, deras interaktion kan vara subtil och svag. För att förbättra deras interaktion krävs att båda vågorna begränsas på samma plats, vilket är en stor teknisk utmaning.

Inom nanoteknik, detta har lösts genom att skapa hålrum som bygger på mycket noggrant tillverkade mönster. Detta tillvägagångssätt är krävande och störs lätt av störningar och defekter. I ett verk som nyligen publicerades i Fysiska granskningsbrev en helt annan metod föreslås, där symmetri och periodicitet inte behövs, och oordning omfamnas. Arbetet har gjorts i nära samarbete med Dr. Daniel Lanzillotti-Kimura, en forskare vid CNRS i Frankrike. Den första författaren till verket är Guillermo Arregui och den sista är Dr. Pedro David García, både från gruppen ICN2 Phononic och Photonic Nanostructures som leds av ICREA Prof. Dr. Clivia M. Sotomayor-Torres.

Beställa, symmetri och periodicitet är ord som alltid har gillat forskare. För fysiker, överklagandet är att vanliga system tenderar att lyda enkla (eller åtminstone symmetriska) lagar. Även komplexa system förenklas i sin beskrivning, vilket hjälper till att förstå deras bakomliggande mekanismer. Dock, världen är komplex. Dock, att förstå naturens inneboende komplexitet kräver i slutändan att man avviker från perfekt symmetri och periodicitet. Anmärkningsvärt, som författarna visar i detta arbete, störning och komplexitet kan utnyttjas som en resurs istället för att behandlas som ett oundvikligt irritationsmoment. I det nyligen publicerade arbetet, störning används för att samtidigt lokalisera ljud och ljus på nanoskala.

Forskare från Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2) och Centre de Nanosciences et Nanotechnologies-C2N (CNRS / Université Paris-Sud) föreslår att en slumpmässig flerskiktad halvledarstruktur var en subtil kombination av deras materialegenskaper som tvingar samtidig samlokalisering av ljud och ljus. Ekvationerna som reglerar spridning av ljus och ljud i staplar av galliumarsenid (GaAs) och aluminiumarsenid (AlAs) är extremt lika, vilket leder till en Anderson -kolokalisering av båda excitationerna i slumpmässiga gitter. Detta beror på en överraskande matchning i kontrast mellan deras brytningsindex och deras ljudhastigheter, respektive, något som inte händer, till exempel, med andra liknande material som Si/Ge eller InP/GaP. Kolokaliseringen i slumpmässiga gitter inducerar en förstärkning av interaktionen mellan ljus- och ljudfält. Denna interaktion bygger på det faktum att ljus bär fart som kan överföras till ett objekt och flytta det. Som motpart, ett rörligt föremål kan flytta ljusfrekvensen. I vardagen, denna interaktion är extremt liten, vilket resulterar i försumbara effekter.

För att förbättra dessa ömsesidiga interaktioner, metoden som nanoteknik följer är att koncentrera ljuset i små volymer och använda små föremål för vilka dessa effekter blir observerbara. Här, vi visar att ingen särskild design krävs för att uppnå denna ömsesidiga observerbara interaktion, vilket avslappnar väsentligen tillverkningsbehovet. Denna prestation kan användas för att utnyttja interaktionen mellan ljus och ljud i godtyckligt utformade strukturer, därmed slappnar de mycket krävande tillverkningskraven som för närvarande behövs inom nanoteknik. Samlokaliseringseffekten som visas i det nya arbetet låser upp tillgången till outforskade lokaliseringsfenomen och konstruktionen av ljus-materia-interaktioner förmedlade av Anderson-lokaliserade stater.