Môžu byť svetelné vlny „zmrazené“ alebo „uväznené“? Vedci uzatvoril dekády dlhú vedeckú záhadu
Výskumníci v novej štúdii preskúmali záhadu šírenia optických vĺn a takzvanú Andersonovu lokalizáciu.
Výskumníkom z Yale University sa podarilo vyriešiť dekády pretrvávajúcu záhadu optických vĺn. Vďaka pokrokom vo výpočtovej technológii dokázali zistiť, či môžu byť uväznené v trojdimenzionálnej štruktúre skladajúcej sa z náhodne umiestnených nanočastíc. Zistenia tejto štúdie môžu otvoriť nové možnosti pri výskume laserovej technológie a fotokatalyzátorov.
Elektróny v určitom materiáli sa môžu buď pohybovať voľne a slúžiť ako elektrické vodiče, alebo sú uväznené a vtedy slúžia ako izolant. Pohyb elektrónov závisí na množstve náhodne rozmiestnených porúch v materiáli. Po prvýkrát tento koncept sformuloval vedec menom Philip W. Anderson v roku 1958 a jeho hypotéza zahŕňala ako „normálny“ svet, tak aj svet kvantovej fyziky. Vo svojej práci popisoval správanie elektrónov, akustických vĺn, vody a gravitácie.
Výskumníci mali pomerne dobrú predstavu o tomto deji, no ani po 40 rokoch prác nedokázali jasne demonštrovať ako uväznenie, inak známe aj ako lokalizácia, elektromagnetických vĺn v 3D priestore prebieha. V rámci novej štúdie sa vedcom podarilo nájsť odpoveď na túto otázku. V období štyroch dekád vzniklo množstvo výskumov, ktoré ale nedokázali priniesť uspokojivé výsledky. Výskumníci sa začali zamýšľať aj nad tým, či vôbec takzvaná Andersonova lokalizácia existuje v 3D náhodných systémoch.
„Doteraz sme nedokázali simulovať veľké 3D systémy, pretože sme nemali dostatok výpočtovej sily a pamäte,“ vysvetlil vedúci štúdie, profesor Hui Cao.
V rámci štúdie sa preto spojili so spoločnosťou Flexcompute, ktorá vedcom poskytla špičkovú techniku. Niektoré simulácie, ktoré mali vznikať niekoľko dní zvládli za 30 minút. Narozdiel od predchádzajúcich pokusov, nová simulácia v sebe nemá žiadne artefakty, ktoré v minulých štúdiách znehodnocovali výsledky.
Uzatvorenie 40-ročnej záhady
Nová štúdia teda jasne dokázala, že nie je možné lokalizovať svetlo v trojrozmerných náhodných systémoch, napríklad v skle alebo silikóne. To vysvetľuje prečo sa štúdiám doteraz v tomto smere nedarilo priniesť pokroky. V druhom prípade vedci priniesli jednoznačné dôkazy o Andersonovej lokalizácií elektromagnetických vĺn v náhodných kovových sférach.
Neprehliadnite
„Keď sme videli Andersonovu lokalizáciu v našej číselnej simulácii, boli sme nadšení. Ide o úžasný objav, ak si zoberieme že sa tomuto problému venovali vedci už 40 rokov,“ tvrdí Cao.
Ako autori štúdie vysvetľujú, Andersonova lokalizácia pretrváva aj v kovoch ako meď, striebro a hliník. Kovové systémy vedci všeobecne ignorovali kvôli ich absorpcii svetla. Autori štúdie konštatujú, že Andersonova lokalizácia musí byť mimoriadne robustný a silný efekt, keď ju aj napriek strate dokázali identifikovať v skúmaných kovoch.
Zistenia tejto štúdie pomôžu vedné odbory posunúť k novým technológiám a metódam výskumu. Ako sme už naznačili, poznatky štúdie pomôžu hlavne pri výskumoch laserovej technológie a fotokatalyzátorov. Uplatnenie by ale mohli nájsť aj v mnohých ďalších odboroch.
Komentáre