W 1958 roku amerykański fizyk, Philip Anderson, stwierdził, że elektrony wewnątrz materiału mogą albo poruszać się swobodnie (przewodząc prąd) albo zostać zostać uwięzione i odgrywać rolę izolatorów. Zjawisko to nazwano lokalizacją Andersona lub silną lokalizacją. Założenia zaproponowane przez badacza znajdują zastosowanie w kontekście transportu fal elektromagnetycznych, fal akustycznych czy kwantowych – są więc bardzo rozległe.
Czytaj też: Stworzyli nowy stan skupienia materii. Teraz zamierzają to wykorzystać
W związku z tym zjawiskiem naukowcy próbowali od dawna udzielić odpowiedzi na pytanie o to, czy fale optyczne mogą zostać uwięzione w trójwymiarowych mikrocząstkach lub nanocząstkach. Dokonane postępy powinny doprowadzić do przyspieszonego rozwoju między innymi laserów i fotokatalizatorów. Kluczową rolę odegrało w tym przypadku oprogramowanie Tidy3D wykorzystujące metodę FTDT (finite-difference time-domain), dzięki któremu przeprowadzenie symulacji, jakie w normalnych okolicznościach zajęłyby kilka dni, zostały wykonane w ciągu 30 minut.
Wstępem do udzielenia odpowiedzi na pytanie o to, czy światło można uwięzić wewnątrz trójwymiarowych struktur było zjawisko znane jako lokalizacja Andersona. Zostało ono opisane w 1958 roku
O dokładnym przebiegu eksperymentów ich autorzy piszą na łamach Nature Physics. Jak wyjaśniają, dzięki wspomnianemu oprogramowaniu byli w stanie symulować wiele różnych losowych konfiguracji, układów o dowolnie wybranych rozmiarach i różnych parametrach strukturalnych. W toku badań członkowie zespołu doszli do wniosku, jakoby nie było możliwości uwięzienia światła w trójwymiarowych losowych agregatach cząstek wykonanych z materiałów dielektrycznych, na przykład szkła bądź krzemu.
Czytaj też: Komputer kwantowy kontra superkomputer. Na placu boju pozostał tylko jeden gracz
Jednocześnie udało im się uzyskać dowody na lokalizację Andersona fal elektromagnetycznych w losowych skupiskach metalicznych kulek. Takie układy zazwyczaj pomijano w rozważaniach, ze względu na ich zdolność do pochłaniania światła. Dzięki dokonaniom autorów możliwe powinno stać się zwiększenie nieliniowości optycznej, rozszerzenie interakcji na linii światło-materia czy skuteczniejsze kontrolowanie ukierunkowanego osadzania energii. Z tego względu lista praktycznych korzyści powinna być imponująco długa.
