Come ti torco la luce quando voglio

È il segreto scoperto dagli scienziati della Australian National University (ANU). Un ulteriore passo nello sviluppo della fotonica, il successore dell’elettronica: in grado di portare a dispositivi più veloci, più compatti e meno affamati d’energia.

La scoperta ha permesso ai ricercatori di creare l’ultimo di una nuova generazione di materiali noti come metamateriali. Materiali artificiali dalle proprietà straordinarie, molto diverse da quelle dei materiali naturali.

“Il nostro materiale può produrre una torsione della luce – cioè, ruotare la sua polarizzazione – ordini di grandezza superiore a quella che si può ottenere con i materiali naturali,” dice l’autore dello studio Mingkai Liu, studente di dottorato presso la Research School of Physics and Engineering (RSPE) della Australian National University. “E possiamo attivare o disattivare l’effetto direttamente con la luce”, aggiunge.

Si stima che l’elettronica incida sull’inquinamento globale per un due per cento, mentre la fotonica può ridurre in modo significativo questa percentuale. Già oggi la fibra ottica ha sostituito l’elettricità nel trasporto di segnali su lunghe distanze. Il passo successivo è quello di sviluppare analoghi fotonici dei chip elettronici per computer, controllando attivamente le proprietà della luce, come, appunto, la sua polarizzazione.

La capacità di un materiale di ruotare la polarizzazione, come avviene in questo esperimento, deriva dall’asimmetria delle molecole. Essa si verifica sia in minerali che in sostanze naturali; per esempio, lo zucchero è asimmetrico, e quindi la rotazione della polarizzazione può essere utilizzata per misurare le concentrazioni di zucchero, di grande utilità nella ricerca sul diabete.

Ma il primo ambito nel quale le proprietà notevoli di questo nuovo materiale artificiale potrebbero essere utilizzate, secondo David Powell, coautore dello studio e anch’egli della RSPE, è quello della nascente industria fotonica.

“E’ uno strumento completamente nuovo nella cassetta degli attrezzi della lavorazione con la luce,” dice. “Sottili strati di questi materiali possono sostituire ingombranti collezioni di lenti e specchi. Una miniaturizzazione che potrebbe portare alla creazione di dispositivi più compatti di tipo opto-elettronici, una versione basata sulla luce di quello che oggi è il trasistor elettronico”.

I metamateriali possono essere formati da un modello composto da sottili metalli, denominati meta-atomi. Per ottenere l’effetto della rotazione Liu ei suoi colleghi hanno utilizzato coppie di meta-atomi a forma di C, uno sospeso sopra l’altro grazie a un filo sottile. Quando la luce viene proiettata sulla coppia di meta-atomi, quello più in alto ruota, rendendo il sistema asimmetrico.

“L’elevata reattività del sistema si spiega dal fatto che è molto facile far ruotare qualcosa di sospeso”, dice il signor Liu. “Poiché la luce ha effetti sulla simmetria del sistema, è possibile regolarne la risposta semplicemente illuminandolo. Il controllo di un metamateriale è un passo importante verso la costruzione di dispositivi basati su questi materiali artificiali”, conclude.

Per saperne di più:

• Leggi su Nature Communication l’articolo “Spontaneous chiral symmetry breaking in metamaterials“, di Mingkai Liu, David A. Powell, Ilya V. Shadrivov, Mikhail Lapine e Yuri S. Kivshar

Fonte: Media INAF | Scritto da Redazione Media Inaf