La propagation de la lumière dans les matériaux désordonnés est un sujet de grand intérêt pour la communauté scientifique, avec des applications dans les domaines de la photonique et des énergies renouvelables et la découverte de nouveaux phénomènes fascinants liés à la physique des ondes.

Une équipe de chercheurs aux expertises différentes dans les domaines de la spectroscopie optique, la photonique et la science des matériaux ont signalé un nouvel effet physique démontrant la nature cohérente de la lumière spontanée diffusée par Raman. L'oeuvre, récemment publié dans Photonique de la nature avec le titre "Rétrodiffusion cohérente de la lumière Raman, " ouvre la voie au développement d'un nouveau domaine de recherche sur les systèmes photoniques complexes exploitant à la fois la lumière diffusée élastique (Rayleigh) et inélastique (Raman).

"Une forêt dense de fils de silicium ultrafins disposés de façon désordonnée, dans lequel les ondes lumineuses rebondissent d'innombrables fois avant de sortir, est le matériau qui nous a permis de révéler ce nouveau phénomène. Ce que nous avons observé comme effet physique macroscopique est la cohérence entre les ondes lumineuses diffusées Raman, qui se produit généralement à l'échelle du nanomètre, donnée par la longueur de cohérence du phonon, " dit l'article de Barbara Fazio (CNR-IPCF, Messine), Matteo Galli (Université de Pavie), Francesco Priolo (Université de Catane et CNR-IMM) et Diederik Wiersma (LENS, Université de Florence), qui a dirigé l'étude.

Le phénomène physique est connu sous le nom de rétrodiffusion cohérente de la lumière, qui a longtemps été observé et étudié uniquement pour la lumière diffusée élastiquement et est maintenant démontré également pour la diffusion inélastique de la lumière (Raman). La rétrodiffusion cohérente de la lumière est un effet d'interférence très subtil se produisant dans des milieux de diffusion désordonnés (tels que des poudres semi-conductrices ou des suspensions de microparticules comme le lait ou le brouillard), dans laquelle la cohérence d'onde est préservée même après un très grand nombre d'événements de diffusion aléatoire, se manifestant finalement par un maximum d'interférences dans la direction exacte de la rétrodiffusion. L'équipe de chercheurs a démontré que cette preuve expérimentale survit étonnamment aussi pour la diffusion inélastique de la lumière, comme le processus Raman spontané, tant que l'information optique de l'onde de propagation est conservée. Dans ce genre d'événement de diffusion inélastique, la lumière perd une petite partie de son énergie en changeant de longueur d'onde (couleur). Sa cohérence de phase, cependant, se conserve très peu de temps, rendant ainsi possible l'interférence entre les ondes diffusées Raman.

Le maximum d'interférence observé dans la direction exacte de la rétrodiffusion est donc une signature de la nature cohérente des processus de diffusion Raman individuels. À ce jour, des preuves sur les propriétés de cohérence de la diffusion Raman n'ont été rapportées qu'en examinant l'échelle nanoscopique, par des expériences complexes en champ proche utilisant des pointes très pointues ou par des techniques résolues en temps ultra-rapides. Cette fois, cependant, les chercheurs ne se sont pas appuyés sur des expériences complexes ou des techniques avancées. La combinaison des propriétés structurelles uniques d'un nanomatériau à base de silicium, une procédure expérimentale précise et, par dessus tout, un brainstorming efficace et une synergie entre les groupes de recherche ont été les seuls ingrédients pour l'observation d'un nouveau phénomène physique inattendu, qui ouvre la voie à de nouvelles et importantes découvertes.