Il disordine, a lungo considerato un limite nella fotonica, sta emergendo sempre più come una risorsa per il controllo della luce. In questo contesto, i sistemi fotonici Hyperuniform Disordinati, (HuD), strutture che si collocano tra ordine e casualità, rappresentano una piattaforma innovativa per studiare trasporto e localizzazione della luce. In un lavoro pubblicato su Light: Science & Applications, la dottoressa Nicoletta Granchi, il dottor Gabriele Calusi e la professoressa Francesca Intonti del nostro dipartimento in collaborazione con il gruppo del professor Marian Florescu dell’Università di Southampton, mostrano come la singola architettura HuD possa ospitare differenti regimi di localizzazione della luce.
Lo studio combina simulazioni numeriche e microscopia ottica iperspettrale in campo vicino per distinguere due classi di stati spettralmente separati: stati spazialmente delocalizzati e stati localizzati. I risultati evidenziano che i modi delocalizzati presentano correlazioni spettrali governate dal fenomeno della “level repulsion”, caratteristico dei sistemi quantistici caotici, mentre gli stati localizzati mostrano proprietà profondamente differenti.
Oltre ai convenzionali stati localizzati di Anderson (un insieme spettralmente non correlato di stati), il gruppo ha identificato una nuova classe di modi confinati nel band gap fotonico della struttura HuD, associati a difetti nella topologia del pattern e con proprietà analoghe agli stati di Lifshitz noti nei sistemi elettronici. Lo studio dimostra che questi stati possono accoppiarsi formando “molecole fotoniche”, primo passo verso la realizzazione di catene di modi interagenti (necklace states), di grande interesse per il controllo del trasporto della luce nei mezzi disordinati.
Nel complesso, il lavoro identifica i sistemi HuD come una piattaforma versatile per il controllo simultaneo di correlazioni spettrali, localizzazione e accoppiamento tra modi ottici, con potenziali applicazioni nella realizzazione di random laser, filtri ottici riconfigurabili e fotonica quantistica.
Per approfondire: https://www.nature.com/articles/s41377-026-02335-0.