Som e luz são cruciais para nossa vida e são essenciais em muitas energias, tecnologias de comunicação e informação. Sua interação permite muitas observações fundamentais na física, da detecção de ondas gravitacionais cósmicas ao resfriamento de sistemas quânticos em seu estado fundamental quântico. Contudo, sua interação pode ser sutil e fraca. Aumentar sua interação requer confinar as duas ondas no mesmo lugar, o que é um desafio tecnológico considerável.

Em nanotecnologia, isso foi resolvido com a criação de cavidades baseadas em padrões fabricados com muito cuidado. Essa abordagem é exigente e facilmente perturbada por desordens e defeitos. Em um trabalho publicado recentemente em Cartas de revisão física uma abordagem totalmente diferente é proposta, onde simetria e periodicidade não são necessárias, e a desordem é abraçada. O trabalho foi realizado em estreita colaboração com o Dr. Daniel Lanzillotti-Kimura, pesquisador do CNRS na França. O primeiro autor da obra é Guillermo Arregui e o último é o Dr. Pedro David García, ambos do Grupo de Nanoestruturas Fonônicas e Fotônicas do ICN2 liderado pelo Prof. Dr. Clivia M. Sotomayor-Torres do ICREA.

Pedido, simetria e periodicidade são palavras que sempre emocionaram os pesquisadores. Para físicos, o apelo é que os sistemas regulares tendem a obedecer a leis simples (ou pelo menos simétricas). Mesmo sistemas complexos são simplificados em sua descrição, o que ajuda a entender seus mecanismos subjacentes. Contudo, o mundo é complexo. Contudo, compreender a complexidade inerente da natureza, em última análise, requer o afastamento da simetria e da periodicidade perfeitas. Notavelmente, como os autores mostram neste trabalho, a desordem e a complexidade podem ser exploradas como um recurso em vez de serem tratadas apenas como um aborrecimento inevitável. No trabalho publicado recentemente, desordem é usada para localizar som e luz simultaneamente em nanoescala.

Pesquisadores do Instituto Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2) e do Centro de Nanociências e Nanotecnologias - C2N (CNRS / Université Paris-Sud) propõem uma estrutura semicondutora de múltiplas camadas aleatórias onde uma combinação sutil de suas propriedades materiais forçam a co-localização simultânea de som e luz. As equações que regem a propagação de luz e som em pilhas feitas de arsenieto de gálio (GaAs) e arsenieto de alumínio (AlAs) são extremamente semelhantes, levando a uma co-localização de Anderson de ambas as excitações em redes aleatórias. Isso se deve a uma combinação surpreendente no contraste de seus índices de refração e suas velocidades de som, respectivamente, algo que não acontece, por exemplo, com outros materiais semelhantes como Si / Ge ou InP / GaP. A co-localização em redes aleatórias induz um aumento da interação entre os campos de luz e som. Essa interação se baseia no fato de que a luz carrega um momento que pode ser transferido para um objeto e movê-lo. Como contrapartida, um objeto em movimento pode mudar a frequência da luz. Na vida cotidiana, esta interação é extremamente pequena, resultando em efeitos desprezíveis.

Para aprimorar essas interações mútuas, a abordagem seguida pela nanotecnologia é concentrar a luz em pequenos volumes e fazer uso de pequenos objetos para os quais esses efeitos se tornem observáveis. Aqui, mostramos que nenhum projeto específico é necessário para alcançar essa interação mútua observável, relaxando assim substancialmente as necessidades de fabricação. Esta conquista pode ser usada para explorar a interação entre luz e som em estruturas arbitrariamente projetadas, relaxando assim os requisitos de fabricação muito exigentes atualmente necessários em nanotecnologia. O efeito de colocalização mostrado no novo trabalho desbloqueia o acesso a fenômenos de localização inexplorados e a engenharia de interações luz-matéria mediadas por estados localizados de Anderson.