Nano-convertitori ottici ultraveloci comandati dalla luce

Lo studio di CNR e Politecnico sulla prestigiosa rivista ACS Nano

Progettata e realizzata una nanoantenna di dimensioni inferiori al millesimo di millimetro in grado di trasformare il colore della luce, controllabile attraverso la luce stessa. L’articolo “Ultrafast, All Optically Reconfigurable, Nonlinear Nanoantenna”, apparso sulla prestigiosa rivista ACS Nano, apre la strada allo sviluppo di nuovi dispositivi ottici miniaturizzati operanti ad altissima velocità, per applicazioni nel campo delle telecomunicazioni e non solo.

DALLE TELECOMUNICAZIONI AI LASER

La nuova tecnologia, ideata dai ricercatori del Dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano, degli istituti di Nanoscienze (Nano) e di Fotonica e nanotecnologie (Ifn) del Consiglio nazionale delle ricerche (CNR), insieme all’Università degli Studi di Brescia e all’Université de Paris, si basa sullo studio di nanoantenne ottiche. Si tratta di sottilissimi cilindri di materiale semiconduttore, 100 volte più sottili di un capello, progettati per assorbire lunghezze d’onda della luce visibile.

Quando la nanoantenna viene illuminata, concentra l’energia luminosa in un volume estremamente ridotto. In queste condizioni, il colore della luce può essere modificato da un fenomeno noto come generazione non lineare della luce. “Questo processo è di grande interesse in diversi settori applicativi, dalle telecomunicazioni, in cui è utilizzato per trasferire le informazioni da un canale di trasmissione ad un altro, ai visori notturni basati sulla conversione della radiazione termica infrarossa in luce visibile, alle sorgenti laser” – dice Eva Pogna, Alumna PhD in Fisica al Politecnico di Milano e giovane ricercatrice del CNR-Nano.

nanoparticelle
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L’INNOVAZIONE

Fino ad oggi erano state dimostrate nanoantenne cosiddette statiche, cioè tali per cui una volta fabbricate non era possibile modificarne le proprietà, ossia riconfigurarle per cambiare le caratteristiche della luce che esse possono emettere.

Il nuovo studio è pionieristico perché dimostra per la prima volta la possibilità di controllare il comportamento di queste nanoantenne ottiche in modo rapidissimo utilizzando la luce stessa come segnale di controllo: quando un impulso luminoso viene assorbito in una nanoantenna ne modifica infatti le caratteristiche risonanti. La modifica indotta dall’impulso di luce è reversibile e dura un tempo pari a qualche decina di picosecondi, consentendo di modulare il segnale generato dall’antenna ad una velocità senza precedenti.

UN PROGETTO INTERNAZIONALE A GUIDA ITALIANA

“Questa scoperta potrebbe aprire allo sviluppo di una nuova classe di dispositivi fotonici miniaturizzati ultraveloci basati su effetti non lineari, di interesse applicativo in svariati ambiti, dalle telecomunicazioni in fibra ottica al computer quantistico” – afferma Giuseppe Della Valle, Alumnus, docente del Dipartimento di Fisica e coordinatore del Progetto Europeo Horizon 2020 METAFAST (“METAsurfaces for ultraFAst light STructuring”).

La scoperta è frutto di un consorzio internazionale a guida italiana che vede la collaborazione fra i gruppi di nanofotonica e di spettroscopia ultraveloce di CNR e Politecnico di Milano (Prof. Giuseppe Della Valle, Dr. Eva Arianna Aurelia Pogna, Prof. Michele Celebrano, Prof. Marco Finazzi, Prof. Giulio Cerullo), dell’Università degli Studi di Brescia (Prof. Costantino De Angelis) e dell’Universitè de Paris (Prof. Giuseppe Leo).

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