光纤网络模拟晶格无序态，并动态演示安德森局域化

       近日，德国罗斯托克大学和以色列理工学院的研究人员合作发现了一种阻止光波自由传播的机制。先前的研究认为这种潜在的相互作用太弱，无法完全阻碍光在空间上的发散。该团队观察到，这种光定位机制仍然是有可能的，并证明了波的传播在多维空间尺度内的灵敏度。

       1958年，物理学家Phil Anderson预测，当晶体的内部原子位置发生足够偏移时，即晶格畸变甚至局部有序，像铜这样的电子导体可能会突变为像玻璃这样的绝缘体。这种无序态的存在可能会散射原先自由移动的电子，增大电阻，阻碍电流通过这种材料。这种现象被成为安德森局域化现象，在量子力学领域中，电子的波粒二象性可以揭示这种现象。

       此外，这种效应也适用于经典宏观环境，无序可以抑制声波或者光波的传播。

       在这项研究中，该团队发现，光的波动性甚至证明如果这种无序态对光波是非活跃的，这会诱导安德森局域化。这种无序态完全包含了特定波长的空间周期分布。

       罗斯托克大学物理研究所在读博士研究生Sebastian Weidemann说：“最初的理论表明，只有波长与原子排列方式满足一定关系时，安德森局域化才有可能发生。”

       研究员Mark Kremer说：“其余波长的光顺利传播，好像无视了这些无序。”

       相比之下，以色列理工学院团队的最新研究成果表明，即使是这种“不可见”的无序态，波的传播也会受到明显的影响。

       在读博士生Alex Dikopoltsev说：“当光波多次与不可见的无序态相互作用后，一个令人惊讶的强大效应建立并阻止所有光的传播。”

图1 耦合光纤中，光传播的示意图。尽管这种无序（不可见）不会直接影响光波，但相邻光纤中的光会显著抑制安德森局域化。而光纤网络允许光模拟无序材料中电子的运动。（图片来源：A. Szameit/罗斯托克大学）

       合作团队利用数千米光纤模拟无序材料中原子的排布，他们对这些材料进行了人为布置，使得光网络能够模拟无序材料中电子的传播，这使得研究人员能够直接观察到不可见的无序结构如何捕获光波。

       此外，研究人员表示，这一实验与发现可能为新一代合成材料铺平道路，这种材料可以利用无序来选择性地抑制电流（或者光波、声波）。

       以上工作受到德国科学基金会、欧洲研究理事会以及德国弗里德里希·艾伯特基金会支持，并以论文形式发表在期刊《Science Advances》上。

新闻链接：

https://www.photonics.com/Articles/Light_Beam_Observation_Extends_Beyond_Spectrum_of/a68096

[1] Dikopoltsev A, Weidemann S, Kremer M, et al. Observation of Anderson localization beyond the spectrum of the disorder[J]. Science Advances, 2021, 8(21): eabn7769.