شبیه‌سازی‌ها نشان می‌دهند که به روشی مشابه با الکترون‌ها در یک فلز بی‌نظم، نور را نیز می‌توان در یک محیط پراکننده جایگزیده کرد.

الکترون‌های رسانش آزادانه درون یک فلز خالص حرکت می‌کنند. اما اگر بی‌نظمی فلز از آستانه مشخصی فراتر رود، الکترون‌ها به دام می‌افتند. این پدیده به ‌نام جایگُزیدگی اندرسون (Anderson localization) ، ناشی از تداخل بین مسیرهای الکترون‌هاست. نور، که رفتار موجی دارد نیز می‌تواند جایگزیدگی اندرسون را تجربه کند. اثبات این موضوع هم برای آزمایش‌ کنندگان و هم برای نظریه ‌پردازان دشوار بوده است. دو سال پیش، الکسی یامیلوف Alexey Yamilov و همکارانش از دانشگاه علوم و فناوری میسوری از شبیه‌ سازی ‌های کامپیوتری استفاده کردند تا نشان دهند که نور واقعاً می‌تواند درون یک محیط بی‌نظم محصور شود [1]. حالا آن‌ها نشان داده ‌اند که گذار به جایگزیدگی، اندرسونی است [2].

یک چالش در جایگزیده کردن نور میدان الکتریکی عرضی آن بود که در یک محیط دی‌الکتریک میدان های الکتریکی طولی را القا می‌کند. اگر محیط نامنظم باشد، این دو نوع میدان به هم جفت شده و کانال‌های حمل انرژی ایجاد می‌کنند که باعث پیشگیری از جایگزیدگی می‌شود. در شبیه‌سازی‌های 2023، یامیلوف و همکارانش هیچ نشانه‌ای از جایگزیدگی در یک محیط دی‌الکتریک، هرچقدر هم که نامنظم باشد، پیدا نکردند. اما آن‌ها متوجه شدند که نور می‌تواند در محیط نامنظمی که از کره‌های کاملاً رسانای معلق در هوا تشکیل شده باشد جایگزیده شود؛ جایی که میدان های طولی وجود ندارند.

مجموعه جدید و گسترده‌تر از شبیه‌سازی‌های آن ها به بررسی گذار از محدوده پخش شونده (diffusive) به محدوده جایگزیده پرداخت. برای یک مجموعه مشخص از پارامترها، گذار زمانی اتفاق افتاد که نور یک فرکانس بحرانی ω_c داشت. وقتی فرکانس ω به ω_c نزدیک می‌شد، طول جایگزیدگی - یعنی اندازه مشخصه ی حالت ‌های گیر افتاده - متناسب با |ω−ω_c|^−ν واگرا می‌شد. مقدار ν که پژوهشگران استخراج کردند با جایگزیدگی اندرسون که با انواع دیگر امواج مشاهده شده است، همخوانی دارد. در مورد جایگزیدگی نور در یک محیط واقعی، یامیلوف به این نکته اشاره می‌کند که یک ماده فلزی اسفنج-مانند می‌تواند به طرز قابل تصوری امواج میکرو را به دام بیندازد.

1. A. Yamilov et al., “Anderson localization of electromagnetic waves in three dimensions,” Nat. Phys. 19 (2023).
2. A. Yamilov et al., “Anderson transition for light in a three-dimensional random medium,” Phys. Rev. Lett. 134, 046302 (2025).

منبع:

Localizing Light

ترجمه خبر: شهره کرمی