Tailored disorder

Der Transport von Licht in Materialien wird durch die Dispersionsrelation bestimmt. Diese ist für natürliche Materialien durch die Materialeigenschaften wie z. B. den Brechungsindex bestimmt und kann nur wenig beeinflusst werden.

Dreidimensionale Mikrostrukturierung auf der Skala der Wellenlänge des Lichts erlaubt dagegen das Maßschneidern der Dispersionsrelation. In periodischen Strukturen wie photonischen Kristallen kann die resultierende Bandstruktur mit Methoden der Festkörperphysik berechnet werden.

Wir gehen der Frage nach, wie sich die Transporteigenschaften verändern, wenn gezielt Unordnung in Strukturen eingebracht wird. Unordnung kann dabei zufällig entstehen durch Schwankungen in der Fabrikation. Dieser Anteil ist aber auf den betrachteten Größenskalen sehr klein. Viel spannender ist maßgeschneiderte Unordnung - tailored disorder - die direkt durch einen Zufallszahlengenerator in die Strukturen programmiert wird. Diese zufällige Unordnung vergleichen wir mit Abweichungen, die aufgrund mathematischer Folgen erzeugt wird, die bestimmte Korrelationen erzeugen. Derartige deterministisch aperiodische Strukturen erlauben es, Art und Stärke der Unordnung zu variieren und so den Einfluss von Unordnung besser zu verstehen.

Dies ist auch für ein Verständnis der vielfältigen Farbgebung in der Natur interessant, da die Natur mit sehr wenig Materialvielfalt allein durch Strukturierung eine großartige Farbenpracht erzeugen kann. Hier spielt maßgeschneiderte Unordnung eine wesentliche Rolle.