[물리] 실험으로 직접 증명된 빛의 앤더슨 국재화

2013.01.05 18:32

가을의 곰을... 조회 수:3555

실험으로 직접 증명된 빛의 앤더슨 국재화

http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?cn=GTB2013010023&service_code=03
KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2013-01-03

 

 

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만약 무질서한 매질 속의 두 결함 사이의 거리가 한 파장 미만이라면 파동이 퍼지지 않는다는 노벨상 수상자 필립 앤더슨(Philip Anderson)의 이론을 스위스 취리히대(University of Zurich)와 독일 콘스탄츠대(University of Konstanz)의 물리학자들이 실험적으로 증명했다. 연구진은 최초로 탁한 매질 속에서의 빛의 난반사를 이용하여 이 이론을 직접적으로 증명했다. 과거에는 물질파에서 이 효과가 실험적으로 증명된 적이 있다. 또한 광학 매질에서 이 효과가 존재한다는 것이 이전에 입증된 적이 있지만, 이미징을 통해 직접 시연된 것은 아니었다.

빛은 우유와 같은 혼탁한 매질에서는 똑바로 퍼져나갈 수가 없다. 그 이유는 수많은 입자들이 결함으로 작용하여 빛을 산란시키기 때문이다. 만약 이러한 무질서(결함의 농도)가 특정 수준을 초과한다면, 파동은 더 이상 전혀 퍼져나갈 수 없다. 필립 앤더슨은 1958년에 이러한 추이를 처음으로 설명한 사람이다. 하지만 지금까지 앤더슨 국재화는 직접 빛에서 관찰된 적이 없다.

이번 새 실험은 빛의 앤더슨 국재화가 우유보다 훨씬 더 흐린 매질에서만 발생한다는 것을 보여주고 있다. 실재로는 두 결함 사이의 최대거리가 약 한 파장 정도인 경우에만 발생한다. 이번 연구를 위해서, 연구팀은 수많은 강산란 매질과 550 ~ 650nm 사이의 다양한 파장에서 빛의 확산을 조사했다. “빛을 확산시켜 앤더슨 국재화를 관찰하기 위해서는, 10억 분의 1초 이내의 시간 간격으로 사진을 찍어야 했다”고 취리히대 연구진 중 한 명인 크리스토프 아게르터(Christof Agerter)는 말했다. 이러한 고분해능 영상을 토대로 하여, 연구진은 앤더슨 국재화의 영향 아래에서 빛은 약 4ns 후에 매질에서 퍼져나가는 것을 멈춘다는 것을 입증했다.

이를테면 결함의 임계농도는 얼마나 큰 것인지와 같은, 국재화된 상태에 관한 어떤 특성을 계산하기는 어렵다. “우리의 실험 데이터 덕분에, 이 이론은 새로운 힘을 얻어서 더욱 발전될 수 있을 것”이라고 아게르터는 말했다. 앤더슨 국재화는 심한 산란을 겪는 모든 종류의 파동에서 발생하는 일반적인 현상이다. 이 현상은 포토닉스 외에도 수많은 분야에서 실용적으로 중요하다. 그 중에서도 특히, 이 이론은 전도체와 절연체 사이의 전이를 설명한다.

* 그림 : 1 ns 간격으로 찍은 무질서한 흐린 매질에서의 빛의 확산. 약 4 ns 후에, 빛은 더 이상 퍼져나가기를 중단한다.                
         
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