El estudio publicado recientemente en Physical Review Letters demostró experimentalmente que la luz puede quedar atrapada en redes desordenadas regidas por una distribución de Lévy, de una manera distinta a la localización de Anderson.
Una investigación internacional con participación del académico del Departamento de Física de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile e investigador del Instituto Milenio de Investigación en Óptica (MIRO), Rodrigo Vicencio, observó experimentalmente una forma poco explorada de localización de la luz en redes fotónicas unidimensionales.
El estudio, titulado “Anomalous Localization of Light in One-Dimensional Lévy Photonic Lattices”, fue desarrollado por Alejandro Ramírez, Thomas Gorin, Rodrigo Vicencio y Víctor Gopar. En él, el equipo fabricó redes fotónicas con un tipo especial de desorden descrito mediante una distribución de Lévy y analizó cómo se comporta la luz al propagarse por esos sistemas.
Los resultados, explicó el profesor Vicencio, permiten dar una nueva aproximación a todo tipo de sistemas interactuantes, “desde los físicos a los ecológicos o sociales donde, por ejemplo, el aislamiento geográfico no permite diversidad y enriquecimiento cultural en una población específica”.
¿Qué es una distribución de Lévy y por qué importa en física?
En términos simples, una distribución de Lévy describe escenarios en los que pueden aparecer separaciones grandes e irregulares entre imperfecciones dentro de una red. Eso cambia la manera en que la luz queda localizada. A diferencia de la localización de Anderson, donde la energía se confina y decae rápidamente, aquí la luz presenta una localización más extendida y un decaimiento más lento, lo que le permite interactuar a más larga distancia.
“En física esto es muy importante, porque la base de todo sistema físico es que este pueda acoplarse o intercambiar energía con otro. Por ejemplo, para formar moléculas, simples o complejas, necesitamos que los átomos se unan o acoplen y que la energía pueda fluir entre sus partes. Cuando la interacción decae rápidamente, entonces las posibilidades de formar compuestos o realizar física más compleja es más limitada”, explica Vicencio.
Desde esa perspectiva, el resultado aporta al estudio de la propagación de ondas en medios desordenados y abre nuevas posibilidades para investigar sistemas complejos donde la interacción a larga distancia cumple un papel relevante.
Validación experimental en el Laboratorio de Redes Fotónicas
Uno de los principales aportes del trabajo es su validación experimental directa. Tras una primera etapa de simulaciones numéricas, el equipo avanzó hacia la implementación del estudio en el laboratorio que lidera Rodrigo Vicencio en la Universidad de Chile.
Para ello, los investigadores fabricaron redes de 50 fibras ópticas con distintos tipos de desorden mediante escritura láser de femtosegundos. Eso permitió observar de forma directa la distribución espacial de la luz al salir de la red, una ventaja clave para caracterizar este fenómeno.
“Es la primera vez que se realiza este experimento para medir de forma directa la forma espacial de la distribución de la luz localizada”, destaca Vicencio.
Además de su relevancia en óptica, el avance ofrece una plataforma para estudiar cómo se conectan entre si los elementos de un sistema cuando existen mecanismos de interacción a larga distancia. Así, la investigación no solo describe una nueva forma de localización de la luz, sino que también muestra que un desorden más diverso puede dar lugar a formas más ricas de conexión y propagación en sistemas físicos.
Por último, el estudio también releva el aporte de la investigación experimental desarrollada en Chile. El trabajo experimental fue realizado íntegramente en el Laboratorio de Redes Fotónicas del Departamento de Física de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile, en colaboración con investigadores de Alemania, España y México, y contó con el apoyo del Instituto Milenio de Investigación en Óptica, MIRO.
Accede al artículo aquí: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/5bqm-f5tq