Учените са разкрили универсален механизъм за улавяне на вълни в материята

Физици от Университета за наука и технологии в Мисури, Йейлския университет и Университета на Гренобъл Алп са извършили мащабно моделиране на разпространението на светлината в неорганизирани 3D структури. Тяхното изследване, публикувано в Physical Review Letters потвърждава, че фазовият преход на Андерсън за светлината е идентичен с подобни преходи, наблюдавани за електрони, звукови вълни и други трептения в безпорядъчни среди.

Преходът на Андерсън описва явление, при което вълните престават да се разпространяват дифузно и навлизат в локализирано състояние, оставайки заключени в ограничени области. Ефектът е описан за първи път от физика Филип Андерсън за електрони в безпорядъчни твърди тела, но по-късно е установено, че е универсален за различни видове вълни.

В новата работа изследователите се фокусират върху светлинните вълни, моделирайки поведението им в групи от припокриващи се сфери от идеално проводим материал. За да преодолеят традиционните трудности, свързани с наблюдението на фазови преходи в крайни системи, учените използват метод на мащабиране на крайни размери. Той им позволил да определят рязък критичен праг – честотата, при която системата престава да демонстрира дифузно поведение и преминава в локализирано състояние.

Ключова роля в изследването изигра усъвършенстваната изчислителна платформа Tidy3D на FlexCompute, която позволила да се симулира поведението на електромагнитните вълни в големи 3D структури. Анализът показал, че преходът на Андерсън за светлината се подчинява на същите универсални закони като подобни явления в металите и механичните системи. Учените изчислиха за първи път критичен експонент от порядъка на 1,5, което потвърждава, че преходът принадлежи към ортогоналния универсален клас.

Тези резултати биха могли да повлияят на развитието на оптичните технологии, позволявайки създаването на устройства, които използват ефекта на локализация на светлината, като например нови видове лазери, сензори и нанопорести метални структури. За окончателно потвърждение обаче учените планират да проведат експерименти с реални материали, което ще изисква работа в инфрачервения и микровълновия диапазон, за да се намали поглъщането на светлината от металите.