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NANOTECNOLOGIE/ La nuova frontiera dei metamateriali “plasmati” con la luce

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Schema dell'apparato sperimentale: in rosso fascio di luce che genera il metamateriale  Schema dell'apparato sperimentale: in rosso fascio di luce che genera il metamateriale

Lo studio dei metamateriali è uno dei più recenti settori di ricerca ed è molto promettente nel campo dell’ottica. «Si tratta– ha spiegato a Ilsussidiario.net Gaetano Scamarcio, ordinario di Fisica dell’università degli studi di Bari e dell'Istituto di fotonica e nanotecnologie del Cnr (Ifn-Cnr) - di strutture artificiali periodiche su scala più piccola della lunghezza d’onda della luce, in cui si alternano elementi con indice di rifrazione molto diverso. Sono materiali con proprietà ottiche progettate ad-hoc, utilissimi per realizzare nuove funzioni e nuovi dispositivi ottici».

È quello che hanno realizzato i ricercatori di tre istituti del Cnr, l’Ifn, l'Istituto nanoscienze (Nano-Cnr) e l'Istituto Spin, in collaborazione con il Dipartimento Interateneo di Fisica dell’Università degli studi e del Politecnico di Bari e con l’Università dell’Insubria; è stato  un ottimo lavoro di squadra – come fa notare Scamarcio - fra ricercatori sperimentali e teorici di molte diverse sedi del Cnr e universitarie italiane, predisposti a lavorare insieme e affascinati dalla opportunità di inventare nuovi metamateriali con funzionalità che non esistono in natura. Sono infatti riusciti a ottenere un metamateriale plasmato con la luce, facendo quello che sembra un gioco di parole e si può esprimere così: costruire con la luce oggetti per controllare la luce. «L’aspetto più interessante e intrigante è che il dispositivo viene creato dalla luce: illuminando il silicio si crea una struttura che funziona come dispositivo ottico. Proiettando sulla superficie di un substrato di silicio un fascio laser infrarosso opportunamente suddiviso in una molteplicità di fascetti, è stato possibile generare un metamateriale e con esso controllare e modulare l’emissione di un altro laser».

Il grande vantaggio di usare luce è che i metamateriali ottenuti sono infinitamente riconfigurabili, perché il processo è reversibile, come spiega Lorenzo Columbo dell’Ifn-Cnr : «La riconfigurabilità è legata proprio al fatto che la struttura del dispositivo viene creata mediante illuminazione, quindi può essere modificata a piacimento anche molto velocemente. L’illuminazione laser, provocando l’eccitazione di cariche libere, trasforma solo localmente e per il tempo voluto un materiale semiconduttore in uno quasi-metallico. In questo modo si può modificare a piacimento la risposta ottica del materiale semplicemente cambiando l’intensità e la geometria dell’illuminazione».

È quanto fatto dai ricercatori nell'esperimento, creando una illuminazione a righe con spaziature variabili fra 15 e 80 micrometri (1 micrometro = 1 milionesimo di metro) con una semplice inversione della direzione da verticale ad orizzontale, è possibile ri-configurare il metamateriale che a sua volta modula la luce emessa da un laser a cascata quantica, che emette radiazione infrarossa nella regione TeraHertz dello spettro elettromagnetico.



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