Anderson localizations and photonic band-tail states observed in compositionally disordered platform

본 연구에서는 구조적 자유도를 충분히 보장하면서도 체계적인 무질서의 설계가 가능한 광자결정 합금 구조를 도입하여, 무질서계의 광자학적 고유상태인 띠꼬리 상태(band-tail states)의 존재를 실험적으로 입증하였다. 광자 띠꼬리 상태는 에너지적으로 광 띠틈(band-gap) 내부에 발현되었으며, 띠꼬리 모드들의 공간적 국지화는 빛의 파장보다 작은 수준에서부터 무질서계 전체에 해당하는 광범위한 영역까지 가능함으로 보였다. 이 때 띠꼬리 모드의 유효크기는 해당 모드의 공진파장 및 구조의 무질서도에 의해 결정되었다. 이러한 예측 가능성의 기저 원리는 결정구조에서의 앤더슨 국지화 현상임을 규명하였으며, 본 연구에 사용된 광자결정 합금계는 광자 띠꼬리 상태의 광학적 특성을 제어하고 나아가 무질서를 활용한 차세대 광소자 개발에 유용한 플랫폼이 될 것으로 기대한다. 본 연구는 아주대 및 프랑스 연구팀(Ecole Centrale de Lyon)과의 공동연구로 수행되었다.

Anderson localization in random structures is an intriguing physical phenomenon, for which experimental verifications are far behind theoretical predictions. Here we report the first experimental confirmations of photonic band-tail states and a complete transition of Anderson localization. An optically activated photonic crystal alloy platform enables the acquisition of extensive experimental data exclusively on pure eigenstates, revealing direct evidences on band-tail states and Anderson localization transition within the band-tail states. Analyses of both experimental and simulated data lead to a comprehensive picture of photon localization that is highly consistent with theories by Anderson and others. We believe that our results provide a strong experimental foundation upon which both the fundamental understandings and application possibility of Anderson localization can be promoted significantly.

Journal: Science Advances
Published online: 5 January 2018
Sci. Adv. 4, e1602796 (2018)
DOI: 10.1126/sciadv.1602796

Authors: Myungjae Lee (서울대학교 물리천문학부), Jeongkug Lee (서울대학교 물리천문학부) Sunghwan Kim (아주대학교 에너지시스템학과), Ségolène Callard (Ecole Centrale de Lyon), Christian Seassal (Ecole Centrale de Lyon), Heonsu Jeon (서울대학교 물리천문학부)

http://advances.sciencemag.org/content/4/1/e1602796