2021-03-03 artykuł J. Haberki o lokalizacji w sieciach fotonicznych w Nat. Comm.
B. Szafran

Z pewnym opóźnieniem donosimy o artykule dr hab. inż. prof. AGH. Jakuba Haberki o przejściu z reżimu dyfuzji do lokalizacji Andersona w sztucznych amorficznych sieciach fotonicznych.

Haberko, J., Froufe-Pérez, L.S.; Scheffold, F. Transition from light diffusion to localization in three- dimensional amorphous dielectric networks near the band edge. Nat Commun 11, 4867 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-18571-w

W 1977 r. Philip Anderson otrzymał nagrodę Nobla za odkrycie lokalizacji elektronów w silnie zdefektowanych sieciach krystalicznych. W takich warunkach dyfuzja zanika. Jednak zjawisko do nie jest ograniczone jedynie do fal materii, może w pewnych warunkach występować również dla fala elektromagnetycznych, a nawet akustycznych. Przez długi czas nie było natomiast jasne czy ulega mu również światło w strukturach trójwymiarowych, a jeśli tak, to w jakich warunkach. W artykule skupiliśmy się na specjalnej klasie tzw. superjednorodnych (hyperuniform) struktur bez porządku dalekiego zasięgu. Sieci te, wykonane z dielektryka o wysokim współczynniku załamania (np. krzemu) charakteryzują się przerwą fotoniczną, tj. światło w pewnym zakresie częstotliwości nie może w nich propagować, ale jednocześnie są izotropowe. Metodą obliczeń numerycznych pokazaliśmy, że rozchodzenie się światła w takim metamateriale można zaklasyfikować, w zależności od długości fali, do jednego z trzech reżimów: w obszarze przerwy fotonicznej fala zanika eksponencjalnie. Z dala od przerwy światło ulega dyfuzji. Najciekawszy jest jednak trzeci przypadek – wąski przedział częstotliwości w pobliżu brzegu przerwy fotonicznej. Tutaj współczynnik dyfuzji maleje aż do zera w miarę propagacji w głąb materiału. Pokazaliśmy, że takie zachowanie jest zgodne z samouzgodnioną teorią lokalizacji. Można ten wynik interpretować jako potwierdzenie lokalizacji światła w omawianych trójwymiarowych sieciach.