Οι επιστήμονες αποκαλύπτουν πώς συμπεριφέρεται το φως σε άμορφα στερεά

Σε μια σημαντική ανακάλυψη που θα μπορούσε να ανοίξει το δρόμο για νέα υλικά και κβαντικές τεχνολογίες, οι επιστήμονες έχουν ανακαλύψει πώς το φως συμπεριφέρεται σε άμορφα στερεά, γνωστά ως άμορφα υλικά, τα οποία δεν διαθέτουν την κανονική κρυσταλλική δομή των παραδοσιακών στερεών. Αυτή η ανακάλυψη, που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature, φωτίζει τις μυστηριώδεις ιδιότητες αυτών των διαταραγμένων υλικών και μπορεί να οδηγήσει σε εξελίξεις σε τομείς όπως η οπτική, η οπτοηλεκτρονική και η ανανεώσιμη ενέργεια.

Τα άμορφα υλικά, όπως το γυαλί και τα ορισμένα πολυμερή, είναι γύρω μας. Χρησιμοποιούνται συχνά σε καθημερινά αντικείμενα όπως παράθυρα, μπουκάλια και πλαστικές σακούλες. Παρά την ευρεία παρουσία τους, η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο το φως αλληλεπιδρά με αυτά τα υλικά ήταν μια πρόκληση λόγω της έλλειψης διαταγής μεγάλης εμβέλειας.

Στη νέα μελέτη, μια διεθνής ομάδα ερευνητών, με επικεφαλής τους επιστήμονες του Πανεπιστημίου του Cambridge και του Ινστιτούτου Επιστημών και Τεχνολογικών Πανεπιστημίων της Οκινάουα (OIST), αντιμετώπισε αυτή την πρόκληση συνδυάζοντας θεωρητικούς υπολογισμούς με πειραματικές τεχνικές αιχμής.

Η ομάδα επικεντρώθηκε σε ένα συγκεκριμένο τύπο άμορφου υλικού γνωστού ως γυαλί χαλκογόνου. Χρησιμοποίησαν ένα συνδυασμό ακτίνων Χ και προσομοιώσεις υπολογιστών για να χαρτογραφήσουν την περίπλοκη ατομική δομή του γυαλιού και να καταλάβουν πώς επηρέασε τη συμπεριφορά του φωτός.

Τα αποτελέσματα αποκάλυψαν ότι το φως δεν μετακινείται μέσα από άμορφα υλικά με τον ίδιο τρόπο όπως και στους κρυστάλλους. Αντ 'αυτού, παρουσιάζει μια πολύπλοκη συμπεριφορά που μπορεί να περιγραφεί ως συνδυασμός ιδιοτήτων τύπου κύματος και σωματιδίων. Αυτό το εύρημα προκαλεί την παραδοσιακή άποψη του φωτός ως ένα απλό κύμα και ανοίγει νέες δυνατότητες για τον χειρισμό του φωτός σε αυτά τα διαταραγμένα συστήματα.

Οι ερευνητές ανακάλυψαν επίσης ότι οι ιδιότητες του φωτός σε άμορφα υλικά εξαρτώνται από τη συγκεκριμένη διάταξη των ατόμων μέσα στο υλικό. Αυτό το εύρημα υποδηλώνει ότι μπορεί να είναι δυνατή η σχεδίαση και η μηχανική άμορφα υλικά με προσαρμοσμένες οπτικές ιδιότητες για συγκεκριμένες εφαρμογές.

"Η δουλειά μας ανοίγει νέες λεωφόρους για την εξερεύνηση και την κατανόηση της συμπεριφοράς του φωτός σε άμορφα υλικά", δήλωσε ο καθηγητής Steve Elliott, ανώτερος συγγραφέας της μελέτης του Πανεπιστημίου του Cambridge. "Αυτή η γνώση θα μπορούσε να οδηγήσει στην ανάπτυξη νέων υλικών και συσκευών με προηγμένες οπτικές ιδιότητες, όπως αποτελεσματικά ηλιακά κύτταρα, οπτικές ίνες και αισθητήρες".

Τα ευρήματα της ομάδας έχουν συνέπειες για πεδία πέρα ​​από την οπτική. Για παράδειγμα, τα άμορφα υλικά υπόσχονται επίσης υποψήφιους για χρήση στις κβαντικές τεχνολογίες, όπου η ικανότητα ελέγχου και χειρισμού του φωτός στο κβαντικό επίπεδο είναι ζωτικής σημασίας για την προώθηση της κβαντικής πληροφορικής και της κβαντικής επικοινωνίας.

"Η ικανότητα κατανόησης και ελέγχου του φωτός σε άμορφα υλικά είναι απαραίτητη για την πραγματοποίηση του πλήρους δυναμικού αυτών των υλικών σε διάφορες τεχνολογικές εφαρμογές", δήλωσε ο καθηγητής Takeshi Egami, συν-συγγραφέας της μελέτης της OIST.

Η μελέτη αντιπροσωπεύει ένα σημαντικό βήμα προς τα εμπρός στην κατανόηση των άμορφων υλικών και των αλληλεπιδράσεών τους με το φως. Ανοίγει το δρόμο για περαιτέρω έρευνα και καινοτομία, ανοίγοντας νέες οδούς για να εξερευνήσετε τον συναρπαστικό κόσμο των διαταραγμένων στερεών και τις πιθανές εφαρμογές τους σε διάφορους επιστημονικούς και τεχνολογικούς τομείς.