Amorfa material, som glas och vissa polymerer, finns runt omkring oss. De används ofta i vardagsföremål som fönster, flaskor och plastpåsar. Trots deras utbredda närvaro har det varit en utmaning att förstå hur ljus interagerar med dessa material på grund av deras brist på ordning på lång räckvidd.
I den nya studien tacklade ett internationellt team av forskare, ledda av forskare vid University of Cambridge och Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST), denna utmaning genom att kombinera teoretiska beräkningar med avancerade experimentella tekniker.
Teamet fokuserade på en specifik typ av amorft material som kallas kalkogenidglas. De använde en kombination av röntgenspridning och datorsimuleringar för att kartlägga glasets invecklade atomstruktur och förstå hur det påverkade ljusets beteende.
Resultaten visade att ljus inte rör sig genom amorfa material på samma sätt som det gör i kristaller. Istället uppvisar den ett komplext beteende som kan beskrivas som en kombination av vågliknande och partikelliknande egenskaper. Detta fynd utmanar den traditionella synen på ljus som en enkel våg och öppnar nya möjligheter för att manipulera ljus i dessa oordnade system.
Forskarna upptäckte också att egenskaperna hos ljus i amorfa material beror på det specifika arrangemanget av atomer i materialet. Detta fynd tyder på att det kan vara möjligt att designa och konstruera amorfa material med skräddarsydda optiska egenskaper för specifika tillämpningar.
"Vårt arbete öppnar nya vägar för att utforska och förstå beteendet hos ljus i amorfa material", säger professor Steve Elliott, senior författare till studien från University of Cambridge. "Denna kunskap kan leda till utvecklingen av nya material och enheter med avancerade optiska egenskaper, såsom effektiva solceller, optiska fibrer och sensorer."
Teamets resultat har konsekvenser för områden bortom optik. Till exempel är amorfa material också lovande kandidater för användning i kvantteknologier, där förmågan att kontrollera och manipulera ljus på kvantnivå är avgörande för att främja kvantberäkning och kvantkommunikation.
"Förmågan att förstå och kontrollera ljus i amorfa material är avgörande för att realisera den fulla potentialen hos dessa material i olika tekniska tillämpningar", säger professor Takeshi Egami, medförfattare till studien från OIST.
Studien representerar ett betydande steg framåt i vår förståelse av amorfa material och deras interaktioner med ljus. Det banar väg för ytterligare forskning och innovation, öppnar nya vägar för att utforska den fascinerande världen av oordnade fasta ämnen och deras potentiella tillämpningar inom olika vetenskapliga och tekniska områden.
